Vědci objevili novou formu ledu – může být běžný na vzdálených planetách bohatých na vodu

Zjištění by mohla mít důsledky pro naše chápání vzdálených planet bohatých na vodu.

Výzkumníci NLV objevili novou formu ledu, která nově definuje vlastnosti vody při vysokém tlaku.

Pevná voda nebo led je jako mnoho jiných látek v tom, že může vytvářet různé pevné látky na základě měnících se teplotních a tlakových podmínek, jako je tvorba diamantového uhlíku nebo grafitu. Voda je však v tomto ohledu výjimečná, protože je nám známo nejméně 20 pevných forem ledu.

Tým vědců pracující v laboratoři extrémních podmínek UNLV v Nevadě vymyslel novou metodu měření vlastností vody pod vysokým tlakem. Vzorek vody byl nejprve vymačkaný mezi opačné konce diamantů – zmrazený do několika smíšených ledových krystalů. Led byl poté podroben laserové technice zahřívání, která způsobila, že dočasně roztál, než se rychle přetvořil do shluku drobných krystalů připomínajících prášek.

Postupným zvyšováním tlaku a pravidelným tryskáním laserovým paprskem tým pozoroval, že vodní led přechází před usazením ze známé kubické fáze Ice-VII do nově objevené střední a kvartérní fáze Ice-VIIt. do další známé etapy, Ice-X.

Zach Grande, Ph.D. na UNLV. Taleb, který vedl práci, která také ukázala, že přechod na Ice-X, když voda ztvrdne, nastává při mnohem nižších tlacích, než se dříve myslelo.

I když je nepravděpodobné, že bychom našli tuto novou fázi ledu kdekoli na Zemi, je pravděpodobné, že bude běžnou součástí v zemském plášti, stejně jako na velkých měsících a planetách bohatých na vodu mimo naši sluneční soustavu.

Výsledky týmu byly uvedeny ve vydání časopisu ze 17. března 2022 fyzický přehled b.

Odnést

Výzkumný tým pracoval na pochopení chování vysokotlaké vody, která se může vyskytovat v útrobách vzdálených planet.

Aby toho dosáhli, Grandi a fyzik z UNLV Ashkan Lammat umístili vzorek vody mezi hroty dvou diamantů s kulatým brusem známých jako diamantové kovadlinové buňky, což je standardní funkce v oblasti fyziky vysokého tlaku. Použití malé síly na diamant umožnilo výzkumníkům znovu vytvořit tlaky tak vysoké, jako jsou ty ve středu Země.

Stlačením vzorku vody mezi tyto diamanty vědci uvedli atomy kyslíku a vodíku do řady různých uspořádání, včetně nově objeveného uspořádání, Ice-VIIt.

Nejen, že první svého druhu laserová zahřívací technika umožnila vědcům pozorovat novou fázi vodního ledu, ale tým také zjistil, že k přechodu na Ice-X došlo při tlacích téměř třikrát nižších, než se dříve myslelo – při 300 000 atmosfér místo 1 milionu. Tento přechod je předmětem mnoha diskusí ve společnosti již několik desetiletí.

„Zachova práce ukázala, že k tomuto přechodu do iontového stavu dochází při mnohem nižších tlacích, než se dříve předpokládalo,“ řekl Salamat. „Je to chybějící kousek a nejpřesnější měření na vodě za těchto podmínek.“

Salamat dodal, že práce také překalibruje naše chápání formování exoplanet. Výzkumníci předpokládají, že fáze ledu-VIIt ledu by mohla být hojně přítomna v kůře a horním plášti projektovaných planet bohatých na vodu mimo naši sluneční soustavu, což znamená, že by mohly mít obyvatelné podmínky.

Odkaz: „Tlakem řízené symetrické přechody v hustém H₂O ice” od Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang a Jesse S. 17. března 2022 Dostupné zde fyzický přehled b.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109

Spolupracovníci z Lawrence Livermore National Laboratory použili velký superpočítač k simulaci přeskupení vazeb – předpovídali, že fázové přechody by měly nastat přesně tam, kde byly experimenty měřeny.

Mezi další spolupracovníky patří fyzici UNLV Jason Stephen a John Boasfert, mineralog UNLV Oliver Chuner a vědci z Argonne National Laboratory a University of Arizona.