UT: в недрах Урана и Нептуна вода существует в экзотическом состоянии

В недрах ледяных гигантов — Урана и Нептуна — вода существует в экзотическом состоянии, которое невозможно наблюдать в естественных условиях на Земле. Речь идет о так называемой суперионной воде — горячем и плотном "льде" черного цвета, в котором атомы кислорода образуют кристаллическую решетку, а ионы водорода свободно перемещаются внутри нее, проводя электрический ток.

Новое исследование показало, что структура этого вещества гораздо более хаотична, чем предполагалось ранее, и именно этим может объясняться необычное магнитное поле ледяных гигантов. Об этом сообщает портал Universe Today (UT).

Ранее теоретические модели предполагали, что в экстремальных условиях ядер Урана и Нептуна кислородные атомы выстраиваются в упорядоченную кубическую решетку. Такая структура выглядела логичной с точки зрения физики твердого тела, однако она плохо согласовывалась с данными, полученными аппаратом Voyager 2 еще в 1980-х годах. Тогда зонд зафиксировал у обеих планет магнитные поля, которые сильно смещены относительно оси вращения и отличаются высокой неоднородностью.

Чтобы проверить эти противоречия, ученые воссоздали условия планетных недр в лаборатории. Образец воды был сжат между алмазными наковальнями до давления около 1,8 млн атмосфер и нагрет лазерами до температуры порядка 2500 кельвинов. В этот краткий момент вещество облучили рентгеновскими импульсами, что позволило зафиксировать положение атомов до разрушения структуры.

Результаты оказались неожиданными. Вместо одной четкой решетки исследователи обнаружили смесь различных кристаллических структур, включая гранецентрированную кубическую и гексагональную плотную упаковку.

Переходы между ними оказались размытыми, а при изменении давления структуры могли сосуществовать одновременно, накладываясь друг на друга.

По словам авторов работы, такая "неупорядоченность" означает, что суперионная вода является гораздо более сложным и динамичным материалом, чем предполагалось. Именно эта сложная внутренняя организация, вероятно, и приводит к формированию нестабильных электрических токов, которые, в свою очередь, создают необычные магнитные поля Урана и Нептуна.

Хотя лабораторные эксперименты длились лишь фемтосекунды и не полностью воспроизводят реальные условия внутри планет, полученные данные дают важную подсказку о физике ледяных гигантов. Учитывая, что планеты такого типа широко распространены среди известных экзопланет, суперионная вода может оказаться одной из самых распространенных форм воды во Вселенной.