Горячий лед, почти такой же горячий, как поверхность Солнца

Американским учёным впервые удалось создать суперионный лёд в лабораторных условиях. Результаты исследования были опубликованы в феврале в журнале Nature Physics, сообщаетЖивая наука.

Исследователи давно подозревали, что суперионный лёд, форма водяного льда, находящаяся под высоким давлением, существует в коре Урана и Нептуна, но это была лишь гипотеза. «Наша работа предоставляет экспериментальные доказательства существования суперионного льда и показывает, что наши прогнозы основаны не на моделировании, а на самом деле отражают уникальное поведение воды в экстремальных условиях», — заявил Мариус Милло, физик из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса. Милло — ведущий автор исследования, описывающего эксперимент по созданию суперионного льда.

Исследователи впервые предсказали существование этого странного состояния воды, существующего как в жидком, так и в твердом состоянии, 30 лет назад. Суперионный лёд также гораздо плотнее обычного, поскольку образуется только при экстремальных температурах и давлениях, характерных для недр планеты-гиганта. В суперионном состоянии водород и кислород в молекулах воды ведут себя необычно. Ионы водорода движутся подобно жидкостям внутри твердой кристаллической решетки, состоящей из кислорода.

Процесс создания суперионного льда сложен. Сначала учёные сжали воду в сверхпрочный блок ледяных кристаллов, в отличие от обычных кубиков льда. Для этого они использовали алмазную наковальню, создав давление 2,5 гигапаскаля, что примерно в 25 000 раз превышает атмосферное давление на Земле. Затем исследователи нагрели и сжали наковальню ещё сильнее с помощью лазеров. Каждая структура ледяного кристалла подвергалась воздействию шести лазеров при давлении в 100 раз большем.

После образования суперионного льда команда быстро проанализировала его оптические и термодинамические свойства. У них было всего 10–20 наносекунд, прежде чем волна давления освободила сжимающую силу и растопила лёд. Команда обнаружила, что лёд плавился при температуре 4725 градусов Цельсия и давлении 200 гигапаскалей. Это примерно в два миллиона раз превышает атмосферное давление на Земле.

«Невероятно, что внутри планет водяной лед существует при температуре в тысячи градусов Цельсия, но именно это показывают эксперименты», — сказал Реймонд Жанлоз, физик-планетолог из Калифорнийского университета в Беркли и соавтор исследования.

Новые открытия могут пролить свет на условия внутри Урана и Нептуна. Планетологи предполагают, что вода составляет 65% массы ядер этих планет, наряду с аммиаком и метаном.