Vědci znovu vytvořili horký černý led, o kterém se předpokládá, že existuje na cizích světech

Voda může na sebe vzít mnohem více podob, než jí mnozí lidé připisují, a vědci nyní v laboratoři znovu vytvořili jednu obzvláště bizarní – „horký černý led“, který může existovat hluboko uvnitř planet jako Uran a Neptun.

Tato fáze vody je známá jako superionický led a tvoří se za extrémně vysokých teplot a tlaků, což způsobuje, že se molekuly vody oddělují na vodíkové a kyslíkové ionty, které je tvoří. Kyslíkové ionty se pak uspořádají do mřížky ve tvaru krychle, kolem které se vodíkové ionty volně pohybují. Celkově to dává superionickému ledu relativně vysokou vodivost a nízkou hustotu a tmavší barvu.

Ve skutečnosti však studium věcí bylo složité. Fáze byla teoretizována po celá desetiletí a experimentální důkazy se začaly objevovat v 90. letech 20. století, ale až v roce 2019 se vědcům podařilo vyrobit superionický led v laboratoři. V tomto experimentu to však trvalo jen zlomek sekundy.

Nyní se vědcům z Argonne National Laboratory podařilo vyrobit stabilní superionický led, který vydrží dostatečně dlouho na podrobnější studium. Nejprve se aplikuje tlak zmáčknutím vzorku vody v diamantové kovadlinové cele, poté se voda ohřeje pomocí laserů. Nakonec tým používá vysokoenergetický zdroj rentgenového světla nazývaný Advanced Photon Source (APS) k zobrazení uspořádání atomů ve vzorku, aby zjistil, v jaké fázi se voda nachází.

A skutečně, studie ukázaly, že experiment produkoval superionický led. Začal se objevovat při teplotách mezi 627 °C a 1627 °C (1160 °F a 2960 °F) a při tlacích 20 GigaPascalů. Je zajímavé, že je to mnohem nižší tlak, než modely předpovídaly pro vznik této fáze.

„Bylo to překvapení – všichni si mysleli, že tato fáze se neobjeví, dokud nebudete pod mnohem vyšším tlakem, než kde jsme ji poprvé našli,“ říká Vitali Prakapenka, spoluautor studie. „Ale byli jsme schopni velmi přesně zmapovat vlastnosti tohoto nového ledu, který představuje novou fázi hmoty, díky několika mocným nástrojům.“

Produkce superiontového ledu v laboratoři je víc než kuriozita – její studium by nám mohlo pomoci pochopit, jak se tvoří planety, a dokonce informovat, kde hledáme mimozemský život. Předpokládá se, že tento druh ledu by se nacházel na ledových obřích planetách, jako je Uran a Neptun, a pokud ano, rozbředlý plášť superiontového ledu by mohl generovat magnetická pole těchto světů.

Tým říká, že je ještě třeba udělat mnohem více práce, abychom prozkoumali, co dělá superionický led klíště. Vlastnosti jako jeho vodivost, viskozita a stabilita zůstávají nejasné a věci se mohou dramaticky změnit, když je smíchán se solemi nebo jinými minerály.

Výzkum byl publikován v časopise Přírodní fyzika.

Zdroje: Argonne National Laboratory, Příroda