De gådefulde ydre solsystemplaneter kan indeholde en mærkelig form for vandis, som samtidig er en væske og et fast stof. Nu har forskere skabt dette underlige "superioniske vand" her på Jorden.
Relateret indhold
- Det kan regne diamanter inde i Neptun og Uranus
- Ny storm så stor som jorden omrører Neptuns atmosfære
Eksperimentet tilføjer en teori om, at superionisk is, der kan lede elektricitet, som metal gør, kan forklare de skæve magnetfelter i Uranus og Neptune. Forskerne beskriver deres fund i en undersøgelse, der blev offentliggjort denne uge i tidsskriftet Nature Physics.
Som Kenneth Chang rapporterer for New York Times, er vand et vildledende simpelt molekyle lavet af kun tre atomer: to hydrogener og et ilt bundet sammen i en V-form. Når mange vandmolekyler mødes, kan deres kollektive struktur ændre sig afhængigt af, i hvilken tilstand de er i. I væske slår Vs rundt. Under frysning kobles de sammen i et krystalgitter, der er mere rummeligt, hvorfor isens tendens til at ekspandere.
Forskere, der undersøger vandets strukturelle egenskaber, har fundet næsten 20 forskellige former for iskrystaller med vandmolekyler arrangeret i konfigurationer fra forstyrret til hexagonal til kubisk. (Heldigvis har ingen de dødelige og frysende egenskaber ved den fiktive Ice-ni drømt af Kurt Vonnegut for Cat's Cradle .)
Superioniske isens vandmolekyler pakkes sammen så tæt, at deres iltatomer danner et stift gitter, skriver Change. Hydrogenatomerne, der bærer en positiv ladning, kan derefter frit strømme gennem det. De flydende brintioner kan også føre elektrisk strøm.
"Det er som om vandisen er delvis smeltet, " fortæller Raymond Jeanloz, en af papirets forfattere og en professor i jord- og planetarisk videnskab ved University of California, Berkeley, til The New York Times .
For at skabe superionisk vand komprimerede Jeanloz og hans kolleger vandis mellem to diamanter ved Lawrence Livermore National Laboratory til 25.000 gange det tryk, vi oplever på Jorden, ifølge en pressemeddelelse fra laboratoriet. Isen under pres tog derefter en langrendskøretur med bærebagage for at nå University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics i New York. Seks intense laserstråler sprængte en puls ultraviolet lys i prøven og sendte chokbølger, der komprimerede stoffet yderligere og opvarmede det.
Ved ca. 1, 9 millioner gange atmosfæretrykket observerede forskerne en stigning i densitet og temperatur, skriver Emily Conover til Science News . Denne ændring er bevis på, at prøven smeltede, ligesom teoretiske beregninger ville forudsige, om det var superionisk is. Prøven førte også elektricitet.
Isgiganter Uranus og Neptune kan muligvis bære superionisk is i deres kappe, et fænomen, der ville frembringe magnetiske felter, der ser anderledes ud end dem, der er genereret i kernen af en planet, ligesom situationen på Jorden, skriver Chang til The New York Times.
Eksperimentet kan også have følger tættere på hjemmet. Jeanloz fortæller The Times, at superionisk is kunne føre til nye materialer. "Når man begynder at validere den slags forudsigelser, giver det et håb om, at man kunne begynde at tænke på at konstruere nye materialer, " siger han, "hvor du fortæller mig, hvilke egenskaber du ønsker, og nogen kan bruge en computer nu til at finde ud af, hvilken slags af materiale, hvilken slags elementer du skal sammensætte, og hvordan de skal pakkes sammen for at komme med disse egenskaber. "
