یخ اَبَر«یونی»: شکل عجیبی از یخ که فقط در دمای بسیار بالا ذوب میشود!
در درون سیارات شرایط عجیبی حکفرماست. در فشار و گرمای شدید، مواد ممکن است رفتار متفاوتی از خود بروز دهند.
اتمهای آهن احتمالاً درون هسته جامد درونی زمین به ارتعاش درمیآیند و شگفتانگیزتر آنکه یخ داغ، سیاه و سنگین – که هم زمان جامد و هم مایع است – احتمالاً در غولهای گازی غنی از آب سیارههای اورانوس و نپتون شکل میگیرد.
پنج سال پیش، دانشمندان این یخ عجیب و غریب به نام یخ اَبَر«یونی» را برای اولین بار در آزمایشات آزمایشگاهی بازسازی کردند و چهار سال پیش وجود و ساختار کریستالی آن را تایید کردند.
سال پیش، محققان چندین دانشگاه در ایالات متحده و آزمایشگاه مرکز شتابدهنده خطی استنفورد در کالیفرنیا (SLAC) فاز جدیدی از یخ ابریونی را کشف کردند.
کشف آنها درک ما را عمیقتر میکند که چرا اورانوس و نپتون دارای میدانهای مغناطیسی با قطبهای متعدد هستند.
ما به شکل ساده یخ در روی کره زمین عادت کردهایم. اما یخ ابریونی متفاوت است و تازه ممکن است یکی از فراوانترین شکلهای آب در کیهان باشد.
تصور میشود این نوع یخ نه تنها درون اورانوس، نپتون، بلکه سیارات فراخورشیدی مشابه را نیز وجود داشته باشد.
این سیارات دارای فشارهای شدید 2 میلیون برابر جو زمین هستند و فضای داخلی آنها به گرمی سطح خورشید است.
دانشمندان در سال 2019 آنچه را که فیزیکدانان در سال 1988 پیشبینی کرده بودند تأیید کردند: ساختاری که در آن اتمهای اکسیژن در یخ ابریونی در یک شبکه مکعبی جامد قفل میشوند، در حالی که اتمهای هیدروژن یونیزه شده آزاد میشوند و مانند الکترونها از میان فلزات در آن شبکه جریان مییابند.
این امر به یخ ابریونی خاصیت رسانایی میدهد. همچنین نقطه ذوب آن را افزایش میدهد، طوری که در دماهای بالا هم جامد میماند.
در مطالعه جدید، فیزیکدان آریانا گلیسون از دانشگاه استنفورد و همکارانش قطعات نازکی از آب را که بین دو لایه الماس قرار گرفته بود، با لیزرهای قدرتمند بمباران کردند.
امواج ضربهای پی در پی فشار را تا 200 گیگا پاسکال (2 میلیون اتمسفر) و دما را تا حدود 4700 درجه سانتیگراد افزایش داد، یعنی گرمتر از دمای آزمایشهای سال 2019، اما در فشار پایینتر.
سپس با پراش پرتو ایکس این ساختار بلوری یخ داغ و متراکم بررسی شد. البته این شرایط فشار و دما فقط برای کسری از ثانیه میتوانست ایجاد شود.
الگوهای پراش تایید کرد که بلورهای یخ در واقع فاز جدیدی از یخ ابریونی هستند. یخ ابریونی تازه کشف شده، Ice XIX، ساختار مکعبی متمرکز دارد و رسانایی بیشتری نسبت به نسل قبلی خود در سال 2019، موسوم به Ice XVIII دارد.
پس این رسانایی توضیح میدهد چگونه سیالات رسانا در گوشته زمین یا داخل سیارههای آسمانی دیگر باعث ایجاد میدانهای مغناطیسی میشوند.
اگر درون یک غول یخی مانند نپتون بیشتر مواد جامد و به میزان کمتری یک مایع چرخان باشد، آنگاه نوع میدان مغناطیسی تولیدی آن متغیر خواهد بود.
و اگر در هسته خود آن سیاره دارای دو لایه ابریونی با رسانایی متفاوت باشد، که در مورد نپتون ممکن است، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط لایه مایع بیرونی با احزای دیگر به طرز شگفتآوری تعامل میکند.
گلیسون و همکارانش به این نتیجه رسیدند که رسانایی افزایش یافته لایهای از یخ ابریونی شبیه به یخ XIX، تولید میدانهای مغناطیسی ضعیف و چندقطبی مانند میدانهای مغناطیسی که از اورانوس و نپتون منتشر میشوند را افزایش میدهد.
اگر چنین باشد، ما توانستهایم پس از گذشت بیش از 30 سال از اندازهگیری میدان مغناطیسی سیارهها توسط کاوشگر فضایی وویجر II ناسا، توضیحی برای این اندازهگیریهای بیابیم.
منبع: Scientific Reports
مطالب مرتبط
