Суперионная вода в недрах Урана и Нептуна может существовать в необычной форме

Хью Уилсон (Hugh Wilson) вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли (США) опубликовал работу, в которой предполагает, что внутри некоторых планет Солнечной системы находится необычная разновидность суперионной воды.

Напомним: «обычная» суперионная вода, существование которой было предсказано в конце прошлого века, переходит в характеризующее её состояние при сверхвысоких температуре и давлении, когда ионы кислорода уже потеряли подвижность и образовали некое подобие кристаллической решётки, а ионы водорода ещё остаются подвижными и текут через решётку кислородных ионов, как вода через решето. Такая экзотическая фаза существования воды является чем-то средним между жидкой и твёрдой.

Структура суперионной воды может быть не только объёмно-центрированной (слева), но и гранецентрированной (справа). (Здесь и ниже иллюстрации Hugh F. Wilson, et al.)

Однако, согласно исследованию Уилсона и Ко, на самом деле в 1999 году было предсказано существование только одной из форм суперионного льда — с объёмно-центрированной кристаллической решёткой, возникающей при давлении более 500 000 атмосфер. Расчёты же показывают, что при давлении более миллиона атмосфер у суперионной воды появляется другая решётка — гранецентрированная.

В такой форме суперионная вода становится плотнее, а подвижность водорода значительно падает. Следовательно, уменьшается и тепло- и электропроводность. При давлении в 1,0 ± 0,5 млн атмосфер между суперионной водой с объёмно-центрированной кристаллической решёткой и с гранецентрированной происходит фазовый переход.

Условия такого рода лучше всего соответствуют внутренним частям ледяных гигантов — Урана и Нептуна в случае Солнечной системы. А значит, новый анализ позволит нам лучше понять происходящие внутри них процессы.

«Глубины Урана и Нептуна всё ещё остаются весьма загадочными, — говорит Хью Уилсон. — Наблюдения там очень ограничены. Если все остальные планеты Солнечной системы мы посещали много раз [при помощи зондов], то здесь есть лишь информация от близкого пролёта «Вояджера-2». Но мы точно знаем, что у них не осесимметричное и не дипольное магнитное поле; это совершенно не похоже ни на одну планету в нашей системе».

Вполне возможно, полагает учёный, что фазовый переход суперионного льда от объёмно-центрированной кристаллической решётки к гранецентрированной способен внести значительный вклад в понимание того, почему на Уране и Нептуне больше двух магнитных полюсов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Phys.Org.