Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν νέα μορφή πάγου – πιθανώς κοινή σε μακρινούς, πλούσιους σε νερό πλανήτες

Οι φυσικοί του UNLV πρωτοστάτησαν σε μια νέα τεχνική θέρμανσης με λέιζερ σε μια κυψέλη άκμονα διαμαντιού (φωτογραφία εδώ) ως μέρος της ανακάλυψης μιας νέας μορφής πάγου. Πραγματοποίηση: Chris Higgins

Τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν επιπτώσεις στην κατανόησή μας για μακρινούς πλανητές πλούσιους σε νερό.

Οι ερευνητές του NLV ανακάλυψαν μια νέα μορφή πάγου, επαναπροσδιορίζοντας τις ιδιότητες του νερού σε υψηλή πίεση.

Το στερεό νερό, ή ο πάγος, είναι όπως πολλά άλλα υλικά στο ότι μπορεί να σχηματίσει διαφορετικά στερεά υλικά κάτω από ποικίλες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, όπως διαμάντι ή γραφίτης που σχηματίζει άνθρακα. Ωστόσο, το νερό είναι εξαιρετικό από αυτή την άποψη, επειδή υπάρχουν τουλάχιστον 20 στερεές μορφές πάγου που γνωρίζουμε.

Μια ομάδα επιστημόνων που εργάζεται στο εργαστήριο ακραίων συνθηκών του UNLV της Νεβάδα ανέπτυξε μια νέα μέθοδο για τη μέτρηση των ιδιοτήτων του νερού υπό υψηλή πίεση. Το δείγμα νερού συμπιέστηκε αρχικά ανάμεσα στις άκρες δύο αντίθετων διαμαντιών, παγώνοντας σε αρκετούς μικτούς κρυστάλλους πάγου. Στη συνέχεια, ο πάγος υποβλήθηκε σε μια τεχνική θέρμανσης με λέιζερ που τον έλιωσε προσωρινά πριν μεταμορφωθεί γρήγορα σε μια συλλογή από μικροσκοπικούς κρυστάλλους που μοιάζουν με σκόνη.

Αυξάνοντας σταδιακά την πίεση και ανατινάζοντάς την περιοδικά με τη δέσμη λέιζερ, η ομάδα παρατήρησε ότι ο πάγος του νερού πέρασε από μια γνωστή κυβική φάση, Ice-VII, στη πρόσφατα ανακαλυφθείσα ενδιάμεση και τετραγωνική φάση, Ice-VIIt, πριν καθιζάνει. σε μια άλλη γνωστή φάση, το Ice-X.

Zach Grande, κάτοχος Ph.D UNLV. φοιτητής, οδήγησε την εργασία η οποία απέδειξε επίσης ότι η μετάβαση στο Ice-X, όταν το νερό ανεβαίνει επιθετικά, συμβαίνει σε πολύ χαμηλότερες πιέσεις από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.

READ  Οι κρύσταλλοι του χρόνου είναι «αδύνατοι» αλλά υπακούουν στην κβαντική φυσική

Αν και είναι απίθανο να βρούμε αυτή τη νέα φάση πάγου οπουδήποτε στην επιφάνεια της Γης, είναι πιθανότατα ένα κοινό συστατικό στον μανδύα της Γης καθώς και σε μεγάλα φεγγάρια και πλούσιους πλανήτες σε νερό έξω από το ηλιακό μας σύστημα.

Τα ευρήματα της ομάδας αναφέρθηκαν στο τεύχος της 17ης Μαρτίου 2022 του περιοδικού. Φυσική εξέταση Β.

Αφαιρέστε φαγητό

Η ερευνητική ομάδα εργαζόταν για να κατανοήσει τη συμπεριφορά του νερού υψηλής πίεσης που μπορεί να υπάρχει μέσα σε μακρινούς πλανήτες.

Για να γίνει αυτό, ο Grande και ο φυσικός του UNLV Ashkan Salamat τοποθέτησαν ένα δείγμα νερού ανάμεσα στις άκρες δύο στρογγυλών διαμαντιών γνωστών ως διαμαντοκύτταρα άκμονα, ένα τυπικό χαρακτηριστικό στον τομέα της φυσικής υψηλής πίεσης. Η εφαρμογή λίγης δύναμης στα διαμάντια επέτρεψε στους ερευνητές να αναδημιουργήσουν πιέσεις τόσο υψηλές όσο αυτές που βρέθηκαν στο κέντρο της Γης.

Συμπιέζοντας το δείγμα νερού ανάμεσα σε αυτά τα διαμάντια, οι επιστήμονες οδήγησαν τα άτομα οξυγόνου και υδρογόνου σε μια ποικιλία διαφορετικών διατάξεων, συμπεριλαμβανομένης της διάταξης που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, Ice-VIIt.

Όχι μόνο η τεχνική θέρμανσης με λέιζερ, η πρώτη του είδους της, επέτρεψε στους επιστήμονες να παρατηρήσουν μια νέα φάση πάγου νερού, αλλά η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι η μετάβαση στο Ice-X συνέβη σε πιέσεις σχεδόν τρεις φορές χαμηλότερες από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως – στις 300.000 ατμόσφαιρες αντί για 1 εκατομμύριο. Αυτή η μετάβαση είναι ένα θέμα που συζητείται έντονα στην κοινότητα για αρκετές δεκαετίες.

«Το έργο του Ζακ έχει δείξει ότι αυτός ο μετασχηματισμός σε ιοντική κατάσταση συμβαίνει σε πολύ, πολύ χαμηλότερες πιέσεις από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως», είπε ο Salamat. «Είναι το κομμάτι που λείπει και οι πιο ακριβείς μετρήσεις που έγιναν ποτέ στο νερό σε αυτές τις συνθήκες».

READ  Η αποστολή Jupiter του Orbiter Juno παρείχε μια οπτικοακουστική πανδαισία για διαστημικούς σπασίκλες.

Η εργασία επίσης βαθμονομεί εκ νέου την κατανόησή μας για τη σύνθεση των εξωπλανητών, πρόσθεσε ο Salamat. Οι ερευνητές υποθέτουν ότι η φάση του πάγου Ice-VIIt μπορεί να υπάρχει σε αφθονία στον φλοιό και τον ανώτερο μανδύα αναμενόμενων πλανητών πλούσιων σε νερό εκτός του ηλιακού μας συστήματος, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να έχουν κατοικήσιμες συνθήκες ζωής.

Παραπομπή: “Μεταπτώσεις συμμετρίας με βάση την πίεση σε πυκνό Η2O πάγος» των Zachary M. Grande, C. Huy Pham, Dean Smith, John H. Boisvert, Chenliang Huang, Jesse S. Smith, Nir Goldman, Jonathan L. Belof, Oliver Tschauner, Jason H. Steffen και Ashkan Salamat, 17 Μάρτιος 2022, Φυσική εξέταση Β.
DOI: 10.1103/PhysRevB.105.104109

Οι συνεργάτες του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore χρησιμοποίησαν έναν μεγάλο υπερυπολογιστή για να προσομοιώσουν την αναδιάταξη των δεσμών, προβλέποντας ότι οι μεταβάσεις φάσης θα πρέπει να συμβαίνουν ακριβώς εκεί που μετρήθηκαν από τα πειράματα.

Άλλοι συνεργάτες περιλαμβάνουν τους φυσικούς του UNLV Jason Steffen και John Boisvert, τον ορυκτολόγο του UNLV Oliver Tschauner και επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Argonne και το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.