Лід не тане навіть при 2000 °C: фізики вперше створили аномальну форму води
Фізики вперше підтвердили існування екзотичної форми води, яка поводиться зовсім не так, як звичайний лід. Йдеться про нову фазу льоду, в якій вода за екстремальних умов набуває аномальних властивостей.
Про це пише РБК-Україна з посиланням на дослідження, опубліковане у фаховому науковому віснику Physical Review Letters.
Як лід може бути гарячим і рідким одночасно?
Вчені пояснили: за звичайних умов вода за високих температур перетворюється на пару й розширюється.
Проте за колосального тиску це розширення стає неможливим, і вода переходить у так званий суперіонний стан.
Це гібридна форма речовини, яка одночасно поєднує властивості твердого тіла та рідини:
- атоми оксигену (кисню) залишаються нерухомими й формують міцну кристалічну гратку, як у звичайній твердій кризі;
- ядра гідрогену (водню) вільно пересуваються крізь цю ґратку, поводячись подібно до частинок у рідині.
Як проходив експеримент?
Щоб відтворити умови, які панують у надрах планет-гігантів, науковці стиснули мікроскопічні краплі води між кінцями надміцних алмазів і паралельно розігріли їх лазерами.
Параметри експерименту
Тиск сягав 230 гігапаскалів (це 2,3 мільйона атмосфер - для порівняння, тиск у центрі Землі становить близько 360 гігапаскалів);
Температура: зразки нагрівали до 2 357 °C (1 427 °C на початкових етапах переходів та до 1 977 °C під час формування основних фаз).
Структуру льоду аналізували за допомогою вузького пучка рентгенівського випромінювання.
При тиску понад 200 гігапаскалів нова гексагональна форма (hcp) стала основною та найстабільнішою, витіснивши раніше відому кубічну форму (fcc).
Науковці також зафіксували, що нова фаза починає переходити в суперіонний стан вже за температури близько 1 427 °C.
Чому це важливо для астрономії?
Відкриття має пряме значення для розуміння будови Урана та Нептуна. Вважається, що саме суперіонний лід становить значну частину їхніх надр.
Якщо нова гексагональна фаза проводитиме електричний струм і деформуватиметься інакше, ніж відомі раніше форми льоду, науковцям доведеться переглянути поточні моделі руху речовини та електричних зарядів всередині цих планет.
Саме ці внутрішні процеси відповідають за формування асиметричних і хаотичних магнітних полів крижаних гігантів.
Наразі автори дослідження закликають теоретиків провести додаткові розрахунки, щоб детально вивчити електричні та механічні властивості нововиявленої фази.