De gåtefulle ytre solsystemets planetene kan ha en underlig form for vannis som samtidig er en væske og et fast stoff. Nå har forskere laget dette rare "superioniske vannet" her på jorden.
Relatert innhold
- Det kan regne diamanter inne i Neptun og Uranus
- Ny storm så stor som jorden rører Neptuns atmosfære
Eksperimentet legger vekt til en teori om at superionisk is, som kan lede strøm som metall gjør, kan forklare de ulvede magnetfeltene til Uranus og Neptune. Forskerne beskriver funnene sine i en studie publisert denne uken i tidsskriftet Nature Physics.
Som Kenneth Chang rapporterer for New York Times, er vann et villedende enkelt molekyl laget av bare tre atomer: to hydrogener og en oksygen koblet sammen i en V-form. Når mange vannmolekyler samles, kan deres kollektive struktur endres avhengig av hvilken tilstand de er i. I væske slår V-ene seg rundt. Under frysing kobles de sammen i et krystallgitter som er mer romslig, derav isens tendens til å ekspandere.
Forskere som undersøker vannets strukturelle egenskaper har funnet nesten 20 forskjellige former for iskrystaller, med vannmolekyler arrangert i konfigurasjoner fra forstyrret til sekskantet til kubikk. (Heldigvis har ingen de dødelige og havfrysende egenskapene til den fiktive Ice-ni drømt om av Kurt Vonnegut for Cat's Cradle .)
Vannmolekyler av Superionic is er pakket så tett at oksygenatomene danner et stivt gitter, skriver Change. Hydrogenatomene, som har en positiv ladning, kan da strømme gjennom det. De flytende hydrogenionene kan også føre elektrisk strøm.
"Det er som om vannisen er delvis smeltet, " forteller Raymond Jeanloz, en av avisens forfattere og professor i jord- og planetarvitenskap ved University of California, Berkeley, til The New York Times .
For å lage superionisk vann komprimerte Jeanloz og kollegene vannis mellom to diamanter på Lawrence Livermore National Laboratory til 25 000 ganger trykket vi opplever på jorden, ifølge en pressemelding fra laboratoriet. Isen under press tok deretter en langrennsflytur med pålagt bagasje for å nå University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics i New York. Seks intense laserstråler sprengte en puls med ultrafiolett lys i prøven, og sendte sjokkbølger som komprimerte stoffet ytterligere i tillegg til å varme det opp.
Ved rundt 1, 9 millioner ganger atmosfæretrykk observerte forskerne en økning i tetthet og temperatur, skriver Emily Conover for Science News . Den endringen er bevis på at prøven smeltet, akkurat som teoretiske beregninger ville forutsi om det var superionisk is. Utvalget ledet også strøm.
Isgigantene Uranus og Neptune kan bære superionisk is i mantlene, et fenomen som vil generere magnetiske felt som ser annerledes ut enn det som er generert i kjernen av en planet, slik situasjonen er på jorden, skriver Chang for The New York Times.
Eksperimentet kan også ha implikasjoner nærmere hjemmet. Jeanloz sier til The Times at superionisk is kan føre til nye materialer. "Når man begynner å validere den slags spådommer, gir det et håp om at man kan begynne å tenke på prosjektering av nye materialer, " sier han, "der du forteller meg hvilke egenskaper du ønsker, og noen kan bruke en datamaskin nå for å finne ut hva slags av materiale, hva slags elementer du må sette sammen, og hvordan de må pakkes sammen for å komme frem til disse egenskapene. "
