A descoberta de uma estranha forma de gelo que só derrete em temperaturas muito altas

Coisas estranhas acontecem dentro dos planetas, onde materiais familiares estão sujeitos a pressões e calor extremos.

Os átomos de ferro provavelmente estão dançando dentro do núcleo interno sólido da Terra, e o gelo preto, quente e pesado – que é sólido e líquido – provavelmente está se formando dentro dos gigantes gasosos ricos em água Urano e Netuno.

Há cinco anos, os cientistas recriaram este estranho gelo, chamado gelo superiónico, pela primeira vez em experiências de laboratório; Há quatro anos, confirmaram sua existência e estrutura cristalina.

Então, no ano passado, pesquisadores de várias universidades dos EUA e do Laboratório do Stanford Linear Accelerator Center, na Califórnia (SLAC), descobriram uma nova fase de gelo superionizado.

A sua descoberta aprofunda a nossa compreensão da razão pela qual tais coisas existem em Urano e Neptuno Campos magnéticos fora da faixa de equilíbrio Com vários eletrodos.

Do nosso ambiente terrestre, você seria perdoado por pensar que a água é uma molécula simples em forma de cotovelo que consiste em um único átomo de oxigênio ligado a dois átomos de hidrogênio que se fixam em uma posição fixa quando a água congela.

Super gelo Estranhamente diferente, mas pode estar entre As formas mais abundantes de água no universo – presumivelmente preenchendo não apenas o interior de Urano e Netuno, mas também planetas externos semelhantes.

Esses planetas têm pressões extremas dois milhões de vezes maiores que a pressão atmosférica da Terra, e seus interiores são tão quentes quanto a superfície do Sol, que é onde a água se torna estranha.

Em 2019, os cientistas confirmaram o que os físicos haviam confirmado Esperado em 1988: Uma estrutura na qual os átomos de oxigênio no gelo superionizado ficam presos em uma rede cúbica sólida, enquanto os átomos de hidrogênio ionizado são liberados, fluindo através dessa rede como os elétrons através dos metais.

Isso confere ao gelo superiônico suas propriedades condutoras. É também Aumenta seu ponto de fusão Para que a água congelada permaneça sólida em altas temperaturas.

Neste último estudo, a física Arianna Gleason, da Universidade de Stanford, e seus colegas bombardearam finas tiras de água, imprensadas entre duas camadas de diamante, com alguns lasers ridiculamente poderosos.

Ondas de choque sucessivas aumentaram as pressões para 200 gigapascais (2 milhões de atmosferas) e temperaturas de cerca de 5.000 K (8.500 graus Fahrenheit) – mais quentes do que as temperaturas das experiências de 2019, mas a pressões mais baixas.

“Descobertas recentes de exoplanetas semelhantes a Netuno, ricos em água, exigem uma compreensão mais detalhada do diagrama de fases do planeta. [water] “Nas condições de pressão e temperatura relevantes para os seus interiores planetários”, disseram Gleason e colegas explicou em seu artigode janeiro de 2022.

A difração de raios X revelou então a estrutura cristalina quente e densa do gelo, embora as condições de pressão e temperatura tenham sido mantidas por apenas uma fração de segundo.

Os padrões de difração resultantes confirmaram que os cristais de gelo eram na verdade uma nova fase diferente do gelo superionizado observado em 2019. O recém-descoberto gelo superionizado, Ice Estrutura cúbica centrada no corpo E maior condutividade em comparação com seu antecessor de 2019, Ice XVIII.

A condutividade é importante aqui porque partículas carregadas em movimento geram campos magnéticos. Esta é a base Teoria do Dínamoque descreve como fluidos condutores, como o manto da Terra ou dentro de outro corpo celeste, dão origem a campos magnéticos.

Se mais do interior de um gigante de gelo semelhante a Netuno fosse sugado por um sólido macio e menos por um líquido em rotação, seria Alterar o tipo de campo magnético produzido.

Se este planeta contém duas camadas superionizadas com condutividades diferentes em direção ao seu núcleo, como disseram Gleason e seus colegas Sugerir Netuno poderia ter feito isso, e então o campo magnético gerado pela camada líquida externa interagiria com cada um deles de maneira diferente, tornando as coisas ainda mais estranhas.

Gleeson e colegas Nós concluimos A condutividade aumentada de uma camada de gelo superionizado semelhante ao Gelo XIX promoveria a geração de campos magnéticos multipolares instáveis, como os emitidos por Urano e Netuno.

Se assim for, seria um resultado satisfatório mais de 30 anos depois da sonda espacial Voyager 2 da NASA, lançada em 1977, ter passado pela Terra. Nosso sistema solar tem dois Gigantes de gelo E medição eles Campos magnéticos muito incomuns.

O estudo foi publicado em Relatórios científicos.