Uran i Neptun zawierają duże ilości wody superjonowej

Superjonowa woda wewnątrz Urana i Neptuna

Woda prawdopodobnie jest dość powszechną substancją we Wszechświecie. Możemy znaleźć ją nawet w Układzie Słonecznym – choćby na Marsie. Ale prawdziwie kosmiczne pokłady wody znajdziemy we wnętrzu Urana i Neptuna – aż 50 000 razy więcej niż w ziemskich oceanach. Tamtejsza woda jest nietypowa – to tzw. woda superjonowa.

Woda superjonowa (zwana także lód XVIII) to faza wody, w której atomy wodoru pozostają w stanie ciekłym, podczas gdy atomy tlenu krystalizują i tworzą ciało stałe. Mimo że o istnieniu wody superjonowej wiadomo od dawna, dopiero teraz poznajemy jej właściwości.

Naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) opracowali nową technikę wykorzystującą uczenie maszynowe do badania z niespotykaną dotąd rozdzielczością wody superjonowej. Zrozumienie jest właściwości termodynamicznych jest kluczowe dla naszej wiedzy o planetach.

Niezwykły skarb lodowych gigantów

Naukowcy już jakiś czas temu przewidzieli, że większość na gazowych olbrzymach musi mieć postać fazy superjonowej. Do tej pory jednak takie symulacje były ograniczone do krótkich czasów (10 pikosekud) i małych rozmiarów (setek atomów), co prowadziło do znacznej niepewności w lokalizacji granic faz, np. linii topnienia.

W nowych badaniach, naukowcy dokonali dużego postępu jeżeli chodzi o symulacje zachowań wody superjonowej w dużych systemach i długich skalach czasowych. Udało się to dzięki zastosowaniu uczenia maszynowego do opisania oddziaływań kwantowo-mechanicznych.

Używamy metod uczenia maszynowego i energii swobodnej, aby przezwyciężyć ograniczenia symulacji kwantowo-mechanicznych i scharakteryzować diurezę wodorową, przejścia superjonowe i zachowania fazowe wody w ekstremalnych warunkach.

Sebastien Hamel, fizyk z LLNL

Ich badania rzucają nowe światło na zrozumienie zachowania wody superjonowej we wnętrzu lodowych olbrzymów, takich jak Uran i Neptun. Ta wiedza może być przydatna w odkrywaniu innych egzoplanet, a także rozważaniach, jakie warunki muszą wystąpić, by mogła istnieć woda, a więc i potencjalne życie.

Szczegółowe wyniki można przeczytać w Nature Physics.