Ученые открыли экстремальный «горячий лед», который может существовать в недрах Урана и Нептуна

Исследователи впервые зафиксировали новую кристаллическую фазу суперионного льда — аномального состояния воды, которое, как предполагается, скрывается в недрах Урана и Нептуна. Полученные данные позволят глубже постичь внутреннее устройство этих ледяных гигантов и природу их специфических магнитных аномалий.

Этот необычный лед кардинально отличается от привычного нам. Экстремальное давление и колоссальная температура заставляют атомы кислорода формировать жесткую кристаллическую матрицу, тогда как протоны водорода беспрепятственно циркулируют внутри нее. В результате субстанция совмещает характеристики твердой материи и жидкости, демонстрируя при этом превосходную электропроводность.

Чтобы воспроизвести суперионный лед в искусственных условиях, специалисты французского Комиссариата по атомной и альтернативным видам энергии под началом Алексиса Форестье зажали миниатюрные водяные капли между наковальнями из алмазов. Подобная конструкция обеспечила давление, достигающее 230 гигапаскалей, что превышает земное атмосферное в два с лишним миллиона раз. Параллельно материал подвергался лазерному нагреву, преодолевавшему отметку в 1800 кельвинов (порядка 1527 °C).

Синтезированный образец проанализировали посредством рентгенографии в Европейском центре синхротронного излучения. Выяснилось, что при показателях свыше 200 ГПа и 1800 К кислородные атомы выстраиваются в гексагональную упакованную структуру.

Прежде бытовало мнение, будто в подобных экстремальных обстоятельствах суперионная вода обладает гранецентрированной кубической решеткой. Последние опыты доказали, что по мере нарастания давления материал меняет конфигурацию, трансформируясь из кубической фазы в гексагональную.

Данное открытие имеет ключевое значение для планетологии. Ученые полагают, что львиная доля глубоких мантийных слоев Урана и Нептуна состоит именно из суперионной воды. Поскольку различные кристаллические решетки обладают уникальными механическими и электрофизическими параметрами, фазовые переходы способны существенно влиять на динамику планетарных недр.

Особое внимание уделяется роли этого льда в генерации магнитных полей Урана и Нептуна, которые разительно непохожи на земное и обладают сложной структурой. Обладая высокой проводимостью, суперионное вещество вполне способно играть определяющую роль в формировании этих загадочных магнитных экранов.