A tudósok a jég új formáját fedezték fel – távoli, vízben gazdag bolygókon gyakori lehet

Az UNLV fizikusai egy új lézeres fűtési technikát vezettek be egy gyémánt üllőcellában (itt a képen), a jég új formájának felfedezése részeként. Köszönetnyilvánítás: Chris Higgins

Az eredmények hatással lehetnek a távoli, vízben gazdag bolygók megértésére.

Az NLV kutatói a jég új formáját fedezték fel, amely újradefiniálja a víz nagynyomású tulajdonságait.

A szilárd víz vagy jég sok más anyaghoz hasonló abban, hogy a változó hőmérséklet és nyomásviszonyok alapján különböző szilárd anyagokat képezhet, például gyémánt szén vagy grafit képződik. A víz azonban kivételes ebből a szempontból, mivel a jégnek legalább 20 szilárd formája ismert.

Az UNLV Extreme Conditions Laboratory-ban, Nevadában dolgozó tudósokból álló csapat új módszert dolgozott ki a víz tulajdonságainak nagy nyomás alatti mérésére. A vízmintát először a gyémántok ellentétes végei közé préselték – több vegyes jégkristályba fagyasztották. A jeget ezután lézeres melegítési technikának vetették alá, amely átmenetileg megolvadt, mielőtt gyorsan újra porszerű apró kristályokká alakult volna.

A nyomás fokozatos növelésével és időszakonként lézersugárral történő robbantásával a csapat megfigyelte, hogy a vízjég a jól ismert köbös fázisból, az Ice-VII-ből az újonnan felfedezett köztes és negyedidőszakba, az Ice-VIIT-be megy át, mielőtt leülepedne. egy másik jól ismert színpadra, az Ice-X-re.

Zach Grande, Ph.D., UNLV. Taleb, aki azt a munkát vezette, amely azt is megmutatta, hogy az Ice-X-re való átállás, amikor a víz megkeményedik, sokkal alacsonyabb nyomáson megy végbe, mint azt korábban gondolták.

Bár nem valószínű, hogy a jégnek ezt az új fázisát bárhol megtaláljuk a Földön, valószínűleg a Föld köpenyében, valamint a Naprendszerünkön kívüli nagy holdakon és vízben gazdag bolygókon közös alkotóeleme lehet.

A csapat eredményeiről a magazin 2022. március 17-i számában számoltak be fizikai felülvizsgálat b.

Elvitel

A kutatócsoport azon dolgozott, hogy megértse a nagynyomású víz viselkedését, amely távoli bolygók belsejében jelen lehet.

Ennek érdekében Grandi és az UNLV fizikusa, Ashkan Salama vízmintát helyezett két körkörösen csiszolt gyémánt végei közé, amelyek gyémánt üllőcellákként ismertek, ami a nagynyomású fizika szabványos eleme. A gyémánt kis erőkifejtése lehetővé tette a kutatóknak, hogy olyan nagy nyomást hozzanak létre, mint a Föld középpontjában.

Egy vízminta e gyémántok közé préselésével a tudósok az oxigén- és hidrogénatomokat különféle elrendezésekbe vezették, beleértve az újonnan felfedezett Ice-VIIT elrendezést is.

Az első ilyen típusú lézeres melegítési technika nemcsak a vízjég új fázisának megfigyelését tette lehetővé a tudósoknak, hanem azt is megállapították, hogy az Ice-X-re való átállás a korábban gondoltnál közel háromszor alacsonyabb nyomáson – 300 000 °C-on – ment végbe. atmoszféra 1 millió helyett. Ez az átállás évtizedek óta heves vita tárgya a közösségben.

„Zach munkája kimutatta, hogy az ionos állapotba való átmenet sokkal alacsonyabb nyomáson megy végbe, mint azt korábban gondolták” – mondta Salamat. „Ez a hiányzó darab, és ilyen körülmények között a legpontosabb mérések a vízen.”

Salamat hozzátette, hogy a munka egyben újrakalibrálja az exobolygók kialakulásával kapcsolatos ismereteinket is. A kutatók azt feltételezik, hogy a jég jég-VIIT fázisa bőségesen létezhet a Naprendszerünkön kívülre vetített vízben gazdag bolygók kérgében és felső köpenyében, ami azt jelenti, hogy lakható körülmények lehetnek.

Hivatkozás: „Nyomásvezérelt szimmetria-átmenetek sűrű H-ban₂Ó jég”, Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang és Jesse S. 2022. március 17. Elérhető itt fizikai felülvizsgálat b.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109

A Lawrence Livermore National Laboratory munkatársai egy nagy szuperszámítógépet használtak a kötés-átrendeződések szimulálására – előre jelezve, hogy a fázisátalakulások pontosan ott fognak bekövetkezni, ahol kísérletekkel mérték.

További munkatársak az UNLV fizikusai, Jason Stephen és John Boasfert, az UNLV ásványkutatója, Oliver Chuner, valamint az Argonne National Laboratory és az Arizonai Egyetem tudósai.