Penemuan es berbentuk aneh yang hanya mencair pada suhu yang sangat panas

Hal-hal aneh terjadi di dalam planet, di mana material yang kita kenal terkena tekanan dan panas ekstrem.

Atom besi kemungkinan besar menari di dalam inti bumi yang padat, dan es hitam yang panas dan berat – baik padat maupun cair – kemungkinan besar terbentuk di dalam raksasa gas Uranus dan Neptunus yang kaya air.

Lima tahun lalu, para ilmuwan menciptakan kembali es aneh ini, yang disebut es superionik, untuk pertama kalinya dalam eksperimen laboratorium; Empat tahun lalu, mereka mengkonfirmasi keberadaan dan struktur kristalnya.

Kemudian pada tahun lalu, para peneliti di beberapa universitas AS dan Stanford Linear Accelerator Center Laboratory di California (SLAC) menemukan fase baru es super-ionisasi.

Penemuan mereka memperdalam pemahaman kita mengapa hal seperti itu ada di Uranus dan Neptunus Medan magnet di luar kisaran filter Dengan banyak elektroda.

Dari lingkungan terestrial kita, Anda akan dimaafkan jika berpikir bahwa air adalah molekul sederhana berbentuk siku yang terdiri dari satu atom oksigen yang terikat pada dua atom hidrogen yang berada pada posisi tetap ketika air membeku.

Es super Anehnya berbeda, namun mungkin ada di antara keduanya Bentuk paling melimpah air di alam semesta – mungkin tidak hanya mengisi bagian dalam Uranus dan Neptunus, tetapi juga planet luar serupa.

Planet-planet ini memiliki tekanan ekstrem dua juta kali tekanan atmosfer Bumi, dan bagian dalamnya sama panasnya dengan permukaan Matahari, sehingga air menjadi asing.

Pada tahun 2019, para ilmuwan mengkonfirmasi apa yang telah dikonfirmasi oleh fisikawan Diharapkan pada tahun 1988: Suatu struktur di mana atom oksigen dalam es superionisasi terperangkap dalam kisi kubik padat, sementara atom hidrogen terionisasi dilepaskan, mengalir melalui kisi tersebut seperti elektron melalui logam.

Hal ini memberikan sifat konduktif pada es superionik. Ini terlalu Ini meningkatkan titik lelehnya Sehingga air beku tetap padat pada suhu tinggi.

Dalam studi terbaru ini, fisikawan Arianna Gleason dari Universitas Stanford dan rekan-rekannya membombardir lapisan tipis air, yang diapit di antara dua lapisan berlian, dengan laser yang sangat kuat.

Gelombang kejut berturut-turut meningkatkan tekanan hingga 200 gigapascal (2 juta atmosfer) dan suhu sekitar 5.000 K (8.500 derajat Fahrenheit) – lebih panas dari suhu percobaan tahun 2019, tetapi pada tekanan yang lebih rendah.

“Penemuan eksoplanet mirip Neptunus yang kaya air baru-baru ini memerlukan pemahaman yang lebih rinci tentang diagram fase planet. [water] “Pada kondisi tekanan dan suhu yang relevan dengan interior planet mereka,” kata Gleason dan rekannya dijelaskan dalam makalah merekamulai Januari 2022.

Difraksi sinar-X kemudian mengungkap struktur kristal es yang panas dan padat, meskipun kondisi tekanan dan suhu dipertahankan hanya sepersekian detik.

Pola difraksi yang dihasilkan menegaskan bahwa kristal es sebenarnya merupakan fase baru yang berbeda dari es superionisasi yang diamati pada tahun 2019. Es superionisasi yang baru ditemukan, Ice Struktur kubik berpusat pada tubuh Dan peningkatan konduktivitas dibandingkan pendahulunya dari tahun 2019, Ice XVIII.

Konduktivitas penting di sini karena partikel bermuatan yang bergerak menghasilkan medan magnet. Ini adalah dasarnya Teori dinamoyang menggambarkan bagaimana cairan konduktif, seperti mantel bumi atau di dalam benda langit lainnya, menimbulkan medan magnet.

Jika lebih banyak bagian dalam raksasa es mirip Neptunus yang tersedot oleh benda padat lunak, dan lebih sedikit yang tersedot oleh cairan yang berputar, maka ia akan Mengubah jenis medan magnet yang dihasilkan.

Jika planet ini mengandung dua lapisan superionisasi dengan konduktivitas berbeda terhadap intinya, seperti yang dikatakan Gleason dan rekannya Menyarankan Neptunus mungkin mengalaminya, dan kemudian medan magnet yang dihasilkan oleh lapisan cair terluar akan berinteraksi dengan masing-masing lapisan secara berbeda, membuat segalanya menjadi lebih aneh.

Gleason dan rekannya Kami menyimpulkan Peningkatan konduktivitas lapisan es superionisasi yang mirip dengan Ice XIX akan mendorong terciptanya medan magnet multipolar yang tidak stabil seperti yang dipancarkan oleh Uranus dan Neptunus.

Jika demikian, ini akan menjadi hasil yang memuaskan lebih dari 30 tahun setelah wahana antariksa Voyager 2 milik NASA, yang diluncurkan pada tahun 1977, terbang melintasi Bumi. Tata surya kita memiliki dua Raksasa es Dan pengukuran mereka Medan magnet yang sangat tidak biasa.

Studi ini dipublikasikan di Laporan ilmiah.