На Нептуне плещется суперионный океан?

Химикам удалось экспериментально воспроизвести условия, в которых вода может существовать на планетах-гигантах. Оказалось, что она при этом переходит в качественно новое состояние – суперионное.

По современным представлениям, на планетах-гигантах существуют предельно экстремальные условия — температура может достигать 1000 градусов Цельсия, а давление — более чем в 100 тыс. раз превышать земное. В подобных условиях обычное вещество обретает особые, непохожие на земные, свойства. Как оказалось, вода — не исключение.

Ранее уже предсказывалось, что она может существовать не в привычных нам агрегатных состояниях — например, в жидком или твердом, а в особом состоянии, названном «суперионным». При этом атомы кислорода сохраняют свое местоположение, то есть ведут себя как «замороженные», а атомы водорода «носятся» вокруг них с огромными скоростями.

Как сообщает Nature, группа Лоренса Фрайда (Lourence Fried) из национальной ливерморской лаборатории в Калифорнии попыталась экспериментально получить суперионную воду в земных условиях. Для моделирования давления капелька воды сжималась специальным прессом между двумя алмазами, нагрев осуществлялся инфракрасным лазером. Мониторинг состояния, в котором находилась вода, осуществлялся по частоте молекулярных колебаний. На определенном этапе частота эта резко, скачком, изменилась, что свидетельствовало оnbsp; переходе воды в качественно иное агрегатное состояние. «Эти наблюдения позволяют определить границы фазовых переходов, однако сказать, что именно происходит по другую сторону границы, мы не в можем», — пояснил г-н Фрайд.

Для решения этой задачи ученые воспользовались методами компьютерного моделирования. Для создания модели поведения 60 атомов, находящихся в суперионном состоянии, потребовалось несколько недель расчетов на компьютере, вычислительные возможности которого соответствовали примерно 1 тыс. обычных ПК.

Анализ результатов моделирования показал, что с ростом давления и температуры молекулы воды разрушаются, образуя немолекулярную структуру с плотностью, превышающей плотность обычного водяного льда. Помимо этого, вода становится суперионной. «Представить подобное состояние непросто, — комментирует г-н Фрайд. — Можно считать, что в нем образуется фиксированная кристаллическая решетка из атомов кислорода, в то время как атомы водорода могут свободно перемещаться по ней». Если такую воду поместить на Земле в обычные условия, она взорвется. В то же время на планете-гиганте она будет прочна, как железо, и светиться от нагрева ярко-желтым светом.

«Полагаю, что данная работа весьма любопытна, а тот факт, что математические расчеты были подкреплены экспериментом, делает ее вполне правдоподобной», — считает Расселл Хэмли (Russell Hemley), занимающийся вопросами химии высоких давлений в геофизической лаборатории института Карнеги в Вашингтоне. При этом, добавляет он, желательно было бы увидеть более прямые доказательства существования воды в лабораторных условиях в суперионном состоянии. Сам Лоренс Фрайд согласен с ним в этом. В настоящее время его группа ведет работу над измерением теплопроводности новой формы вещества, что позволит гораздо лучше понять его особенности.

«Если суперионная вода и в самом деле существует на планетах-гигантах в Солнечной системе, — размышляет он,- тогда именно эту форму воды следует считать наиболее распространенной. Более того, суперионная вода теоретически должна обладать чрезвычайно высокой электропроводностью, что может объяснить природу мощных магнитных полей у планет-гигантов — например, Урана или Нептуна».


CNews.ru