Našli najčudnejší materiál v našej Slnečnej sústave. Horúci ľad dáva Neptúnu zvláštne vlastnosti

V hlbinách ľadových obrov našej Slnečnej sústavy panujú podmienky, ktoré nemajú na Zemi žiadnu prirodzenú obdobu. Tlak dosahuje milióny atmosfér a teplota stúpa na tisíce kelvinov.

V takomto prostredí sa voda správa spôsobom, ktorý by ešte donedávna patril skôr do oblasti teoretickej fyziky než reálnych experimentov, píše ScienceAlert. Mení sa na tzv. superiónovú vodu, zvláštnu formu ľadu, ktorá je horúca, elektricky vodivá a pre ľudské oko čierna.

Voda v nepredstaviteľnej forme

Práve tento exotický stav vody sa už desaťročia spája s jednou z najväčších záhad Neptúna a Uránu. Ich magnetické polia sú chaotické, silne naklonené a výrazne posunuté od geometrického stredu planéty.

Keď okolo nich koncom osemdesiatych rokov preletela sonda Voyager 2, namerala magnetické štruktúry, ktoré nezodpovedali žiadnemu jednoduchému modelu planetárneho dynama. Vedci preto predpokladali, že zdrojom týchto polí je práve vrstva superiónovej vody v plášti planét.

Dlhý čas sa predpokladalo, že superiónová voda má relatívne usporiadanú kryštálovú štruktúru. Atómy kyslíka mali vytvárať pravidelnú mriežku, zatiaľ čo atómy vodíka sa mali voľne pohybovať jej vnútrom a viesť elektrický prúd.

Teoretické modely rátali s ideálnymi kryštálmi typu telesovo centrovanej alebo plošne centrovanej kubickej mriežky. Takéto usporiadanie by však skôr podporovalo stabilné a symetrické magnetické pole, nie divokú magnetickú geometriu, akú pozorujeme pri ľadových obroch.

Nové experimenty, ktoré publikoval tím vedcov zo SLAC National Accelerator Laboratory a parížskej Sorbonny v časopise Nature Communications, ukazujú, že realita je podstatne zložitejšia.

Výskumníci dokázali superiónovú vodu nielen vytvoriť, ale aj priamo pozorovať jej vnútornú štruktúru pomocou röntgenovej difrakcie. Na to museli stlačiť mikroskopickú vzorku vody medzi dva diamantové nákovy na tlak približne 1,8 milióna atmosfér a následne ju zahriať pulzným laserom na teplotu okolo 2 500 Kelvinov.

Takto vzniknutý stav existoval len extrémne krátko. Akonáhle tlak alebo teplota klesli, materiál sa okamžite rozpadol na stabilnejšie fázy. Vedci preto mali k dispozícii len zlomky bilióntiny sekundy na to, aby štruktúru zachytili. Aj napriek tomu získali dáta, ktoré spochybnili dlhoročné predstavy.

Kryštálová mriežka nebola čistá ani jednotná. Naopak, ukázala sa ako zmes rozmazaných vrstiev, kde sa striedali rôzne typy usporiadania vrátane hexagonálnej tesne uloženej štruktúry, ktorá sa v pôvodných modeloch vôbec neobjavovala.

Objasňuje zvláštne magnetické polia

Spočiatku sa vedci domnievali, že ide o chybu merania alebo rušenie experimentálneho prostredia. Rovnaké pokusy preto zopakovali aj v Európe na inom urýchľovači. Výsledky však vyšli prakticky identické. Ukázalo sa, že superiónová voda je intrinsicky neusporiadaná a jej vnútorná štruktúra sa mení plynule s rastúcim tlakom a teplotou, nie skokovo, ako predpokladali staršie teórie.

SLAC

Práve tento vnútorný chaos môže byť kľúčom k pochopeniu magnetických polí Neptúna a Uránu. Elektricky vodivý materiál s nehomogénnou štruktúrou môže generovať lokálne prúdy rôznej intenzity a smeru, čo vedie k magnetickému poľu bez jasnej osi symetrie. Namiesto jedného dominantného dynama môže vnútri planéty fungovať spleť menších, neustále sa meniacich zdrojov magnetizmu.

Treba však dodať, že laboratórne experimenty nedokážu presne napodobniť miliardy rokov trvajúce podmienky vo vnútri planét. Je možné, že v dlhodobom horizonte sa štruktúra superiónovej vody čiastočne stabilizuje.

Rovnako je možné, že práve trvalý chaos je jej prirodzeným stavom v planetárnych hĺbkach. Odpoveď na túto otázku prinesú až presnejšie modely a budúce misie k ľadovým obrom.

Z kozmického hľadiska je však tento objav ešte zaujímavejší. Hoci sa superiónová voda na Zemi prirodzene nevyskytuje, vo vesmíre môže ísť o najrozšírenejšiu formu vody vôbec.

Ľadové obry tvoria významnú časť známych exoplanét a voda v extrémnych podobách sa tak ukazuje ako univerzálna súčasť planetárnych systémov. Aj obyčajná molekula H₂O tak v hlbinách vesmíru nadobúda vlastnosti, ktoré by sme ešte pred pár rokmi považovali za nemožné.

Čítajte viac z kategórie: Novinky