Научници створили нову врсту леда на температури од 2.000 степени Целзијуса

Али ако је посматрамо само као течност, вода је изузетно необична и понаша се на начине који су потпуно супротни понашању других течности. Када се замрзне, постаје мање густа. Њен површински напон је необично висок. Исто важи и за њену тачку кључања. А на основу молекулске масе, на собној температури би требало да буде гас.

И све то важи у нормалним, уобичајеним условима на Земљи.

Ако се притисак и температура промене за само неколико степени, необично понашање воде постаје још израженије.

Научници су сада демонстрирали један од најнеобичнијих облика леда до сада – под невероватно високим притисцима до 2,3 милиона атмосфера и огромним температурама до 2.357 степени Целзијуса.

На тим температурама обично би се очекивало да вода буде гас – чак и делимично раздвојена на своје саставне атоме кисеоника и водоника. Али нешто занимљиво дешава се под астрономски високим притисцима који владају дубоко у унутрашњости планета.

Када вода прелази из течног у гасовито стање, односно пару, она се шири. Под огромним притисцима од више милиона атмосфера, такво ширење је спречено. Уместо тога, вода може да остане изузетно густа и да поприми егзотичне облике леда какве не срећемо на површини Земље.

Један од њих је суперионски лед – веома необично стање материје које није ни потпуно чврсто ни потпуно течно. Атоми кисеоника остају фиксирани у крутој кристалној решетки, као што би били у чврстом стању. Међутим, језгра водоника могу да се крећу кроз ту решетку, више налик честицама у течности.

При нешто другачијим условима, распоред атома кисеоника мења се у различите конфигурације познате као фазе. Познато је више од двадесет различитих фаза леда, а неке од њих постају суперионске у екстремним условима. Научници непрестано трагају за новим облицима.

И не ради се само о необичности ради саме необичности. Сматра се да суперионски лед постоји дубоко у унутрашњости Урана и Нептуна, где би његова необична својства могла да имају улогу у стварању подједнако необичних магнетних поља ових планета.

У новим експериментима, тим који је предводио физичар Алексис Форестије из Француске комисије за алтернативне енергије и атомску енергију изложио је сићушне узорке воде условима сличним онима који се очекују у унутрашњости ледених џиновских планета.

Узорке су сабијали између врхова дијаманата до притисака од чак 230 гигапаскала, док су их ласерима загревали на температуре од неколико хиљада степени. То је 2,3 милиона пута већи притисак од атмосферског притиска на нивоу мора на Земљи. За поређење, притисак у центру Земље износи око 360 гигапаскала.

Затим су, користећи изузетно узак сноп синхротронских рендгенских зрака, испитивали промене у кристалној структури леда.

Резултат је била конфигурација која је теоријски била предвиђена, али никада раније није недвосмислено уочена у експериментима: хексагонално густо пакована структура, односно хексагонални лед, познат као ХЦП лед.

Како се ХЦП кристал загревао, његово ширење показало је и карактеристике суперионског понашања, што указује на то да је прешао у суперионско стање на температури од око 1.700 Келвина.

Назив се односи на распоред атома кисеоника. Замислите да слажете једнаке куглице у слојеве. Постоји више различитих начина да се ти слојеви распореде тако да куглице буду упаковане што је могуће гушће.

Један раније идентификовани облик суперионског леда има структуру кубно густо пакованог типа, односно ФЦЦ структуру. Код новооткривеног ХЦП леда, слојеви су сложени другачијим редоследом. Истраживачи су пронашли доказе да једна структура може да пређе у другу када се положај слојева промени.

Чини се да до ове трансформације долази како услови постају све екстремнији.

При притиску од 155 гигапаскала и температури од 2.000 келвина, сигнал забележен рендгенским испитивањем представљао је мешавину ФЦЦ и ХЦП структуре.

Када су услови појачани на 197 гигапаскала и 2.250 келвина, сигнал ХЦП структуре постао је израженији у односу на ФЦЦ структуру.

При последњој комбинацији услова – 219 гигапаскала и 2.630 келвина – сигнал ФЦЦ структуре готово је нестао, док је ХЦП структура јасно доминирала.

Занимљиво је да ово можда није био први пут да су истраживачи створили ХЦП лед.

Када су се вратили подацима из једног ранијег експеримента, схватили су да је претходно неидентификовани врхунац на дифракционој слици, уочен при притисцима већим од 130 гигапаскала, вероватно био знак присуства ХЦП леда – само што то тада нису препознали.

Њихови резултати указују на то да би при притисцима већим од око 200 гигапаскала ХЦП структура могла да постане стабилнији облик суперионског леда.

На први поглед реч је о релативно малој промени – дословно на атомском нивоу – али та разлика би могла да има велики значај за Сунчев систем.

Ако ХЦП лед проводи електрицитет другачије од ФЦЦ леда, његово присуство дубоко у унутрашњости Урана и Нептуна могло би да промени моделе о томе како се материја и електрични набој крећу кроз њихову унутрашњост. Сматра се да су ти процеси повезани са стварањем необичних, сложених и асиметричних магнетних поља ових планета.

Биће потребни и додатни експерименти како би се прецизно утврдило у којим условима притиска и температуре је ХЦП лед стабилан у односу на његов ФЦЦ пандан.