Lód w głębi Urana i Neptuna
Według astronomów wnętrza Urana i Neptuna zawierają lód, który w panujących tam ekstremalnych warunkach przybiera nietypową postać. Zespół kierowany przez Alexisa Forestiera z French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) przeprowadził eksperyment laboratoryjny pozwalający odtworzyć takie środowisko i sprawdzić strukturę oraz zachowanie materiału. Wyniki mogą być pomocne w lepszym poznaniu głębokich warstw obu planet oraz ich nietypowych pól magnetycznych. Rezultaty badań opublikowano w czasopiśmie „Physical Review Letters”.
W warunkach panujących na tych planetach lód znacznie różni się od tego znanego z powierzchni Ziemi. Wysoka temperatura połączona z ogromnym ciśnieniem powoduje, że może on przejść w stan określany jako lód superjonowy. Tlen pozostaje w uporządkowanej, stałej strukturze, natomiast jądra wodoru mogą swobodnie przemieszczać się w jej obrębie niczym ciecz, co umożliwia przewodzenie prądu elektrycznego. Istnienie takiego gorącego i przewodzącego lodu było już znane, jednak jego dokładna struktura krystaliczna pozostawała nieustalona.
Próba odtworzenia warunków panujących we wnętrzu planet
W celu określenia struktury lodu naukowcy umieścili jego niewielkie próbki pomiędzy dwoma bardzo twardymi diamentami w komorze diamentowej. Następnie wykorzystali lasery, aby podgrzać materiał do temperatury wyższej niż 1520 stopni Celsjusza. Jednocześnie zwiększyli ciśnienie do około 230 gigapaskali, czyli wartości ponad 2 miliony razy większej od ciśnienia atmosferycznego na Ziemi.
Heksagonalna struktura lodu superjonowego
Przeprowadzone analizy pokazały, że atomy tlenu tworzą układ o sześciokątnej organizacji, określany jako heksagonalne upakowanie (hexagonal close-packed – hcp). Po przekroczeniu 200 gigapaskali oraz 1520 stopni Celsjusza ta forma stała się dominującą fazą lodu superjonowego i wyparła fazę o strukturze regularnej centrowanej na ścianach (face-centered cubic – fcc).
Naukowcy wskazują, że wyniki eksperymentów dostarczają informacji o procesach zachodzących w głębokich warstwach lodowych olbrzymów Układu Słonecznego. Lód superjonowy występujący we wnętrzach Urana i Neptuna jest jednym z czynników uznawanych za mogące mieć związek z powstawaniem ich nietypowych pól magnetycznych. Heksagonalna struktura może mieć odmienne właściwości elektryczne i mechaniczne od struktury regularnej centrowanej na ścianach, dlatego przejście pomiędzy tymi formami może mieć znaczenie dla modeli wnętrza Urana i Neptuna.
Mariusz Drzewiecki
