Ученые открыли новую фазу высокой плотности

Наука

Внешние планеты нашей солнечной системы, такие как Уран и Нептун, являются газовыми гигантами, богатыми водой. На этих планетах экстремальное давление в 2 миллиона раз превышает атмосферное давление Земли. У них также есть отапливаемые помещения, такие как солярий. В этих условиях вода демонстрирует своеобразные ледяные фазы высокой плотности. Недавно исследователи впервые наблюдали одну из этих фаз, получившую название «Лед XIX», используя мощные лазеры для воспроизведения необходимых экстремальных условий. Они измерили структуру льда

Влияние

«Вояджер-2», космический корабль НАСА для исследования солнечной системы, запущенный в 1977 году, измерил весьма необычные магнитные поля вокруг Урана и Нептуна. Ученые рассматривали странные состояния так называемого суперионизированного льда как возможное объяснение, связанное с повышенной электропроводностью этих состояний. Эта работа демонстрирует существование ранее не обнаруженной ледовой фазы XIX. Это показывает, что эта фаза может формироваться на нужных глубинах, и помогает объяснить магнитные данные «Вояджера-2».

краткое содержание

Вода — соединение, повсеместно распространенное в нашей Солнечной системе и необходимое для жизни — демонстрирует очень сложную фазовую диаграмму давления и температуры, в которой уже идентифицированы 18 фаз кристаллического льда. Никакие плотные ледяные фазы не являются более важными, чем недра таких газовых гигантов, как Уран и Нептун. Ученые предполагают, что сложные магнитные поля этих планет являются результатом экзотических состояний водяного льда с высоким давлением и суперионными свойствами. Однако структуру льда в этих экстремальных условиях измерить сложно.

Используйте инструмент Matter в экстремальных обстоятельствах Источник когерентного света Linacчто сверх быстрый Исследователи обнаружили рентгеновский лазер на свободных электронах Управления науки Министерства энергетики США для изучения структуры льда во время лазерного динамического сжатия, что стало первым прямым свидетельством новой фазы высокой плотности и перегрева. Ледяная вода. При давлении 200 ГПа (2 миллиона атмосфер) и температуре 5000 К (8500 °F) эта новая фаза льда высокого давления, называемая Лед XIX, имеет структуру объемноцентрированной кубической (BCC) решетки. Хотя предполагалось, что другие структуры стабильны в этих условиях, структура Ice XIX BCC позволит увеличить электропроводность гораздо глубже внутри ледяных гигантов, чем считалось ранее. Результаты обеспечивают важное и убедительное объяснение происхождения мультипольных магнитных полей, измеренных космическим кораблем «Вояджер II» у Урана и Нептуна.

Финансы

Финансирование этого исследования осуществлялось Национальной администрацией ядерной безопасности Министерства энергетики; Управление науки Департамента энергетики, Энергетика термоядерного синтеза; Программа лабораторных исследований и разработок Лос-Аламосской национальной лаборатории; И Национальный научный фонд. Экспериментальные измерения проводились с использованием прибора Extreme Conditions Matter Instrument (находящегося в ведении Управления науки Министерства энергетики, США). Энергетика термоядерного синтеза Программа) источника когерентного света Linac, научного управления Министерства энергетики и основного центра пользователей энергетических наук, которым управляет Национальная ускорительная лаборатория SLAC.