Loại băng nóng gần bằng bề mặt Mặt Trời
Băng siêu ion tồn tại cùng lúc ở dạng lỏng và rắn, hình thành ở 4.725 độ C, gần bằng nhiệt độ bề mặt Mặt Trời.
|
Tia laser sử dụng trong thí nghiệm tạo băng siêu ion. Ảnh: M. Millot/E. Kowaluk. |
Các nhà khoa học Mỹ lần đầu tiên tạo thành công băng siêu ion trong phòng thí nghiệm. Kết quả nghiên cứu được xuất bản hồi tháng 2 trên tạp chí Nature Physics, theo Live Science.
Giới nghiên cứu từ lâu cho rằng băng siêu ion, dạng áp suất cao của nước đá, tồn tại trong lớp vỏ của sao Thiên Vương và sao Hải Vương nhưng đó mới chỉ là giải thuyết. "Công trình của chúng tôi cung cấp bằng chứng thực nghiệm về băng siêu ion và chỉ ra những dự đoán không chỉ dựa theo mô phỏng mà thực sự phản ánh trạng thái đặc biệt của nước trong điều kiện cực hạn", Marius Millot, nhà vật lý học ở Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore, cho biết. Millot là tác giả chính của nghiên cứu mô tả thí nghiệm tạo ra băng siêu ion.
Các nhà nghiên cứu lần đầu dự đoán sự tồn tại của trạng thái nước kỳ lạ vừa ở dạng lỏng vừa ở dạng rắn cách đây 30 năm. Băng siêu ion cũng đặc hơn nhiều nước đá thông thường do chỉ hình thành dưới nhiệt độ và áp suất cực lớn như bên trong hành tinh khổng lồ. Ở trạng thái siêu ion, hydro và oxy trong phân tử nước có biểu hiện bất thường. Ion hydro dịch chuyển như chất lỏng, bên trong mạng tinh thể rắn tạo từ oxy.
Quá trình tạo băng siêu ion rất phức tạp. Đầu tiên, nhóm nghiên cứu nén nước thành tinh thể băng dạng khối siêu chắc chắn, khác với viên nước đá thông thường. Để làm điều đó, họ sử dụng đầu đe bằng kim cương để tạo áp suất 2,5 gigapascal, gấp khoảng 25.000 lần áp suất không khí trên Trái Đất. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu làm nóng và nén đầu đe mạnh hơn dưới tác động của tia laser. Mỗi cấu trúc băng tinh thể băng được chiếu 6 tia laser với áp suất cao hơn gấp 100 lần.
Ngay khi băng siêu ion hình thành, nhóm nghiên cứu phân tích nhanh đặc tính quang học và nhiệt động học của nó. Họ chỉ có 10 - 20 nano giây để tiến hành công việc trước khi sóng áp lực giải phóng lực nén làm băng tan chảy. Nhóm nghiên cứu nhận thấy băng tan ở 4.725 độ C và áp suất 200 gigapascal. Mức áp suất này lớn gấp khoảng hai triệu lần áp suất khí quyển trên Trái Đất.
"Thật không thể tin nổi khi nước đá đóng băng tồn tại ở nhiệt độ hàng nghìn độ C bên trong các hành tinh, nhưng đó là những gì thí nghiệm cho thấy", Raymond Jeanloz, nhà vật lý học hành tinh ở Đại học California, Berkeley, đồng tác giả nghiên cứu, chia sẻ.
Phát hiện mới có thể hé lộ điều kiện bên trong sao Thiên Vương và sao Hải Vương. Các nhà khoa học hành tinh suy đoán nước chiếm 65% khối lượng lõi những hành tinh này, cùng với amoniac và methane.