Od Antarktičkog mora do dubine vašeg zamrzivača, većina leda na Zemlji je relativno pitoma. No, u cijelom Sunčevom sustavu i dalje, ekstremne temperature i pritisci mogu smrviti smrznutu tvar u sve čudnije sorte.
Sada, istraživači su snimili rendgenske snimke onoga što bi moglo biti najnoviji sudionik u raznolikosti leda: visoko električki vodljiv materijal poznat kao superionski led. Kako danas izvješćuje tim u časopisu Nature, ovaj led postoji na pritiscima od jednog do četiri milijuna puta koji su na razini mora i temperature pola vrući od površine sunca.
“Da, govorimo o ledu”, kaže voditelj istraživanja Marius Millot, fizičar iz Nacionalne laboratorije Lawrence Livermore u Kaliforniji. “Ali uzorak je na nekoliko tisuća stupnjeva.”
Dok je na Zemlji obično neostvarivo, takvi bi uvjeti trebali biti prisutni duboko u vodenim divovima Uran i Neptun, što potencijalno pomaže objasniti kako ti udaljeni planeti djeluju, uključujući i porijeklo njihovih magnetnih polja.
Iza Vonneguta
Znanstvenici već znaju za 17 vrsta kristalnog leda (ljubitelji Kurta Vonneguta mogli bi biti oduševljeni kad znaju da je Ice IX prilično bezopasan u usporedbi s njegovim izmišljenim kolegom). I prije više od 30 godina, fizičari su predvidjeli da pritisak treba istisnuti vodu u superionične oblike.
Superionski materijali su dualne zvijeri, dio čvrsti i dio tekućine, koje se na mikroskopskoj razini sastoje od kristalne rešetke propuštene slobodnim plutajućim atomskim jezgrama koje mogu nositi električni naboj. U vodi – poznata kao H2O – atomi kisika bi se skrhali u kristalizirani kristal, dok bi se protoni vodika zu-kurili poput tekućine. (Nedavno je još jedan tim znanstvenika koji su radili s kalijem potvrdio postojanje tvari koja je istodobno čvrsta i tekuća.)
“To je prilično egzotično stanje materije”, kaže koautor Federica Coppari, također iz laboratorija u Livermoreu.
Prošle godine, Millot, Coppari i njihovi kolege pronašli su prve dokaze za superionski led, koristeći dijamantne nakovnje i laserski inducirane udarne valove da stisnu tekuću vodu toliko da se pretvorila u čvrsti led u nekoliko milijarditih dijelova sekunde. Mjerenja tima pokazala su da je vodeni led nakratko postao stotinama puta više električki provodljivim nego što je to prije bio, snažan nagovještaj da je postao superionski.
U svojim najnovijim testovima, istraživači su koristili šest ogromnih laserskih zraka kako bi generirali niz udarnih valova koji su krckali tanki sloj tekuće vode u očvrsli led u milijunima puta Zemljinog površinskog tlaka i između 3.000 i 5.000 stupnjeva celzijusa. Upravo vremenski bljesak rendgenskih zraka ispitivao je konfiguraciju, koja je ponovno trajala samo nekoliko milijarditih dijelova sekunde, i otkrila da su atomi kisika doista preuzeli kristalni oblik.
Vidjelo se da je kisik čvrsto upakiran u kocke usmjerene prema licu – male kutije s atomom u svakom kutu i jedna u sredini svake strane. Ovo je prvi put da se vidi vodeni led koji preuzima takav dogovor, kaže Coppari. Tim je predložio da ovu novu formaciju nazove Led XVIII.
Iako je bilo nekih preklapanja u uvjetima između dva eksperimenta tima, bit će potrebno više istraživanja kako bi se definitivno dokazalo da je led superionski, kaže Roberto Car, fizičar Sveučilišta Princeton koji nije bio uključen u rad. Ipak, on smatra da je studija važna ilustracija varijabilnosti vode.
“Činjenica da se materija može urediti u tako velikom broju različitih oblika je zapanjujuća”, kaže on.
Magnetske tajne
Rezultati tima već izvještavaju o modelima Urana i Neptuna. Često poznati kao ledeni divovi, ovi ogromni svjetovi su oko 65 posto vode, plus nešto amonijaka i metana, koji tvore slojeve slične stjenovitim metalima.
Smatra se da su magnetska polja Zemlje, Jupitera i Saturna stvorena unutarnjim dinamama blizu njihovih jezgri. Polja ovih planeta poravnata su usko s njihovim polovima, kao da dolaze iz barskih magneta koji lebde kroz središta planeta.
Naprotiv, magnetsko polje Neptuna, čini se, potječe od unutarnjeg magnetskog šipka koji se spuštao na jednu stranu, s krajevima koji izlaze iz točaka na pola puta do ekvatora. Uran je još neobičniji, poput magnetnog šipka koji se okrenuo naopako, što znači da je njegov magnetni južni potez izvan sjeverne polutke planeta. Sumnja se da su oba magnetska polja ledenih divova nestabilna.
Millot je sugerirao da bi na gornjem rubu Urana i Neptunovog superionskog ledenog sloja mogao postojati sloj tekućine, ali i da je ujedno i visoko električki vodljiva faza vode. Magnetska polja planeta mogu nastati ovdje, daleko bliže površini nego kod ostalih planeta što bi moglo objasniti njihove čudne karakteristike.
