Инопланетный материал: как ученые воссоздали в лаборатории черный суперионный лед
Эта фаза воды известна как суперионный лед, и она образуется при чрезвычайно высоких температурах и давлениях, в результате чего молекулы воды разделяются на составляющие их ионы водорода и кислорода. Затем ионы кислорода образуют решетку кубической формы, вокруг которой свободно перемещаются ионы водорода. В целом это придает суперионному льду относительно высокую проводимость, низкую плотность и более темный цвет.
На самом деле изучение материала было непростым делом. Существование этой фазы обсуждалось учеными на протяжении десятилетий, а экспериментальные доказательства начали появляться еще в 1990-х годах, но лишь в 2019 году ученым удалось произвести суперионный лед в лаборатории. Однако в том эксперименте он просуществовал всего доли секунды.
Ученым из Аргоннской национальной лаборатории удалось создать стабильный суперионный лед, который держится достаточно долго, чтобы можно было его изучить. Сначала, с помощью давления, образец воды «выжимается» в ячейку с алмазной наковальней, после чего воду нагревают с помощью лазеров. Наконец, мощный рентгеновский лазер, известный как Advanced Photon Source (APS), используется для изображения расположения атомов в образце, чтобы выяснить, в какой фазе находится вода.
И действительно, исследования показали, что в результате у ученых получился настоящий суперионный лед. Он начал появляться при температурах от 627 °C до 1627 °C при давлении 20 гигапаскалей. Интересно, что это гораздо более низкое давление, чем предсказывали модели для этой фазы.
Производство суперионного льда в лаборатории — это больше, чем просто любопытный эксперимент. Его изучение может помочь нам понять, как формируются планеты, и даже сообщить, где стоит искать инопланетную жизнь. Считается, что такой лед можно найти на ледяных планетах-гигантах, таких как Уран и Нептун, и «слякотные» мантии из суперионного льда могут генерировать магнитные поля этих миров.
Команда говорит, что впереди еще много работы. Такие свойства, как проводимость, вязкость и стабильность редкого материала, остаются неясными, и все может резко измениться, если его смешать с солями или другими минералами.