Lód superjonowy to niezwykle egzotyczna postać lodu

Lód superjonowy odtworzony w laboratorium. To właśnie on może tworzyć planety pozasłoneczne

Wielki przełom fizyki. Wreszcie udało się wyprodukować egzotyczny lód superjonowy, który może być powszechny na egzoplanetach.

Proces tworzenia kostki lodu jest powszechnie znany i nie skrywa przed naukowcami żadnych tajemnic. Ale zupełnie inaczej jest z tzw. lodem superjonowym (lodem X), który można znaleźć na planetach pozasłonecznych. Naukowcy wiedzą o nim od dziesięcioleci, ale dopiero od niedawna umieją tworzyć go w warunkach laboratoryjnych.

Badania przeprowadzone przez naukowców z University of Chicago i Carnegie Institution of Washington w USA polegały na na umieszczeniu kropli wody w diamentowym imadle, zwiększenie ciśnienia i zagotowania jej przy użyciu silnego lasera, aby poznać mechanizmy powstawania stanu superjonowego. Szczegóły zostały opisane w Nature.

Jak stworzyć lód superjonowy?

Lód superjonowy to tak układ cząsteczek wody tworzących siatkę atomów tlenu otoczonych przez chmurę wodorów, które cały czas się przemieszczają i nie są przywiązane do jednego miejsca. Technicznie rzecz ujmując, jest to zarówno ciało stałe, jak i lód w jednym.

Lód superjonowy nie powstaje w warunkach niskich temperatur, ale za to ekstremalnego ciśnienia – głęboko we wnętrzach planet. Modele fizyczne przewidują warunki, w których lód superjonowy powstaje, ale szczegóły tego procesu są niejasne.

Co ciekawe, lód superjonowy może mieć kilka różnych postaci, w zależności od układu atomów tlenu i ruchów wodorów. Naukowcy próbują to zrozumieć przeprowadzając eksperymenty, ale problemem jest uzyskanie odpowiednich wartości ciśnienia. Zazwyczaj próbka wody musi być poddana ciśnieniu ok. 50 GPa (gigapaskali), czyli pół miliona razy większa od siły, z jaką mamy do czynienia w ziemskiej atmosferze.

Naukowcy z Advanced Photon Source (APS) Departamentu Energii zaczęli eksperymenty ze znacznie mniejszymi wartościami – ok. 20 GPa. Okazało się, że to wystarczyło.

To była niespodzianka – wszyscy myśleli, że ta faza pojawi się dopiero przy znacznie wyższym ciśnieniu niż to, w którym ją znaleźliśmy. Byliśmy w stanie bardzo dokładnie odwzorować właściwości tego nowego lodu, który stanowi nową fazę materii.

Vitali Prakapenka, geofizyk z University of Chicago

Dzięki wytworzeniu próbki lodu superjonowego, naukowcy użyli akceleratora cząstek do wygenerowania wiązki promieniowania rentgenowskiego, która ją prześwietliła. Po raz pierwszy udało się poznać szczegóły dotyczące tego nietypowego rodzaju lodu. Może to być niezwykle przydatne w poszukiwaniu życia pozaziemskiego i określaniu warunków, jakie są niezbędne, aby to życie się rozwinęło. Dzięki zrozumieniu lodu superjonowego, możemy także więcej się dowiedzieć o naszej planecie.