Superjonowy stan skupienia wody
Aby woda stała się superjonowa, potrzebuje warunków, które trudno nawet sobie wyobrazić. Mowa o ciśnieniu przekraczającym 1,5 miliona atmosfer i temperaturach rzędu kilku tysięcy stopni Celsjusza. To właśnie takie piekło panuje w głębokich warstwach lodowych planet. W tym stanie skupienia atomy tlenu zamierają, tworząc sztywną, krystaliczną kratę. Jednak jony wodoru zyskują niespodziewaną swobodę, ponieważ przemieszczają się przez tę strukturę, co nadaje materii właściwości elektrycznego przewodnika. To właśnie ten ruch może generować potężne i nietypowe pola magnetyczne obserwowane wokół Urana i Neptuna. Co ciekawe, ta niezwykła forma wody może być wcale nie tak rzadka i występować powszechnie we wnętrzach wielu odkrywanych egzoplanet.
Zbadanie czegoś takiego w laboratorium to nie lada wyzwanie. Naukowcy użyli dwóch zaawansowanych instrumentów: Matter in Extreme Conditions w amerykańskim LCLS oraz HED-HIBEF w niemieckim European XFEL. Ich zadaniem było ściśnięcie maleńkiej próbki wody do niewyobrażalnego ciśnienia i jednoczesne podgrzanie jej lasermami. Kluczowe było wykonanie zdjęć struktury atomowej w nieprawdopodobnie krótkich odstępach czasu, liczonych w trylionowych częściach sekundy. Publikacja opisująca przebieg eksperymentów została zamieszczona na łamach Nature Communications.
Klucz do pól magnetycznych Urana i Neptuna
Wyniki przyniosły spore zaskoczenie. Dotychczasowe modele przewidywały, iż atomy tlenu ułożą się w jedną z dwóch uporządkowanych struktur krystalicznych. Rzeczywistość okazała się dużo bardziej skomplikowana. Badania ujawniły mieszaninę różnych układów, tworzących mozaikę pełną defektów i nieuporządkowania. Ten wewnętrzny chaos ma bezpośrednie konsekwencje. Może on tłumaczyć, dlaczego pola magnetyczne Urana i Neptuna są tak dziwaczne i niesymetryczne, tak odmienne od regularnego pola Ziemi. Prądy elektryczne, płynące przez tę niejednorodną, superjonową materię, generowałyby pole o właśnie takiej, skomplikowanej geometrii.
Czytaj też: Kometa 3I/ATLAS z niewiarygodnie geometrycznymi smugami. Powracają pytania o obcych
To odkrycie potwierdza, że woda, nawet w tak ekstremalnej formie, może istnieć w wielu strukturalnych odmianach, podobnie jak zwykły lód. Pokazuje też, jak daleko posunęły się nasze możliwości eksperymentalne: potrafimy dziś odtworzyć w laboratorium warunki z centrów odległych planet. Dla planetologii oznacza to możliwość udoskonalenia modeli opisujących wnętrza lodowych olbrzymów, które są jednymi z najczęstszych typów planet w galaktyce.
