O formă de gheață mai fierbinte decât oțelul topit există în Uranus și Neptun. Oamenii de știință au recreat-o în laborator

Gheața este asociată în mod normal cu temperaturi sub zero grade, însă în interiorul planetelor Uranus și Neptun lucrurile funcționează după reguli foarte diferite. Oamenii de știință au reușit să recreeze în laborator o formă exotică de apă, numită gheață superionică, ce poate exista la temperaturi de peste 1.500°C și la presiuni de peste un milion de ori mai mari decât cea atmosferică. Descoperirea ar putea explica inclusiv câmpurile magnetice neobișnuite ale celor doi giganți de gheață, potrivit American Physical Society.

Cercetarea, publicată în Physical Review Letters, oferă prima observație experimentală clară a unei structuri hexagonale a gheții superionice care fusese prezisă anterior prin modele teoretice. Rezultatul este important deoarece condițiile obținute în laborator sunt apropiate de cele despre care cercetătorii cred că există în mantalele planetelor Uranus și Neptun. Playtech a scris anterior despre apa superionică din interiorul lui Uranus și Neptun, unde temperaturile și presiunile extreme transformă apa într-un material foarte diferit de lichidul sau gheața pe care le întâlnim pe Pământ.

Gheața care există la peste 1.500 de grade Celsius

Pentru experiment, echipa condusă de Alexis Forestier, de la Comisia Franceză pentru Energii Alternative și Energie Atomică, a introdus apă ultrapură într-o celulă cu nicovale de diamant. Este un dispozitiv capabil să comprime o mostră microscopică între două diamante și să creeze presiuni asemănătoare celor întâlnite în interiorul planetelor.

Proba măsura doar aproximativ 12 micrometri și a fost supusă unor presiuni cuprinse între 80 și 229 gigapascali. În același timp, cercetătorii au încălzit apa cu ajutorul laserelor, de la temperatura camerei până la aproximativ 2.357°C. Pentru comparație, multe tipuri de oțel se topesc în jurul temperaturii de 1.400-1.500°C.

Vezi și:

După câte ore de la ultimul pahar te poți urca la volan. Cât timp rămâne alcoolul în sânge și în aerul expirat

În asemenea condiții, noțiunea obișnuită de „gheață” începe să-și piardă sensul. În faza superionică, atomii de oxigen formează o structură cristalină relativ rigidă, în timp ce protonii de hidrogen se pot deplasa prin aceasta aproape ca într-un lichid. Materialul are astfel simultan caracteristici de solid și de fluid.

Cercetătorii au descoperit că, la temperaturi de peste aproximativ 1.527°C și presiuni mai mari de aproximativ 160 GPa, structura superionică se poate transforma dintr-o configurație cubică într-una hexagonală, cunoscută drept hcp – „hexagonal close-packed”. La peste 200 GPa și 1.800 K, această fază devine dominantă în experiment.

Ce legătură are gheața fierbinte cu misterul câmpurilor magnetice

Descoperirea ar putea ajuta la rezolvarea unui mister care îi urmărește pe astronomi încă din anii 1980. Când Voyager 2 a trecut pe lângă Uranus, în 1986, sonda a constatat că axa câmpului magnetic al planetei este puternic înclinată și că acesta nu este centrat în interiorul planetei. Trei ani mai târziu, Voyager 2 a găsit o configurație asemănătoare în cazul lui Neptun.

Situația este foarte diferită de cea de pe Pământ, unde câmpul magnetic este generat în mare parte de mișcarea fierului lichid din nucleul extern. În cazul giganților de gheață, una dintre ipotezele importante este că acest câmp ar putea fi generat mai aproape de suprafață, într-un strat de apă superionică extrem de fierbinte.

Protonii care se mișcă prin rețeaua de oxigen transportă sarcină electrică. Proprietățile de conductivitate ale materialului ar putea, prin urmare, contribui la apariția câmpurilor magnetice complexe și puternic asimetrice ale planetelor. Noua structură hexagonală ar putea avea proprietăți de transport ionic diferite față de faza cubică studiată până acum, ceea ce înseamnă că modelele planetare vor trebui ajustate.

Înțelegerea interiorului celor două planete este complicată și de comportamentul lor termic. Uranus, de exemplu, i-a surprins pe cercetători după ce analize recente au arătat că planeta emite mai multă căldură decât primește de la Soare, în timp ce Neptun eliberează o cantitate și mai mare de energie internă.

Uranus și Neptun sunt mult mai ciudate decât sugerează numele de „giganți de gheață”

Termenul de „gigant de gheață” poate crea impresia unor planete înghețate până în centru. În realitate, „gheața” din clasificarea astronomică se referă în mare parte la compuși precum apa, amoniacul și metanul care au fost înghețați în regiunile reci în care s-au format planetele. În interiorul lor actual, temperaturile și presiunile sunt uriașe.

În aceste condiții pot apărea fenomene care par imposibile după standardele terestre. O altă ipoteză spectaculoasă este că în adâncurile lui Uranus și Neptun ar putea exista ploi de diamante. Presiunile extreme pot separa carbonul din compușii bogați în carbon, favorizând formarea cristalelor care apoi se deplasează către interiorul planetei.

Noua gheață superionică demonstrează de ce experimentele de laborator sunt atât de importante. Uranus și Neptun nu au fost vizitate de nicio sondă după trecerea Voyager 2, iar datele directe despre interiorul lor sunt imposibil de obținut. Cercetătorii trebuie, în schimb, să recreeze bucăți microscopice din aceste lumi pe Pământ și să vadă cum se comportă materia.

Descoperirea ar putea fi relevantă și mult dincolo de Sistemul Solar. Planete cu dimensiuni apropiate de Uranus și Neptun sunt frecvente printre exoplanetele descoperite până acum, iar prezența diferitelor faze de gheață superionică le poate influența structura internă, evoluția termică și câmpurile magnetice. Cercetătorii au acum o nouă piesă din puzzle: o formă de apă sufcient de fierbinte pentru a topi oțelul, dar care, sub presiuni extreme, continuă să se comporte parțial ca un cristal.

Se schimbă stimulentul de 1.000 de lei pentru copiii cu dizabilități din București. Cine va primi mai puțin din 2027