Водата е основна супстанција за животот, но нејзините својства не се обични. Иако е насекаде околу нас, се однесува целосно поинаку од повеќето течности: станува поретка кога ќе се замрзне, има исклучително висока точка на вриење, а со оглед на нејзината молекуларна маса, на собна температура би требало да биде гас. Научниците сега ја подигнаа на ново ниво нејзината необичност со создавање невиден облик на мраз, пишува „Сајанс алерт“.

Научниот тим успеа да создаде нов облик на мраз при притисок од 2,3 милиони атмосфери и температура повисока од 2.300 Целзиусови степени. Во такви услови би се очекувало водата да биде гас, но под огромниот притисок, каков што владее во внатрешноста на големите планети, нејзиното ширење е спречено. Наместо тоа, останува исклучително густа и преминува во егзотични состојби.

Една од таквите состојби е суперионскиот мраз, кој не е ниту целосно цврст ниту течен. Во него атомите на кислород се фиксирани во цврста кристална решетка, додека јадрата на водород слободно се движат низ неа, слично на честичките во течност.

Потрага по нови фази на мразот

До денес се познати дваесетина фази на водениот мраз, а неколку од нив во екстремни услови стануваат суперионски. Истражувањето на овие облици не е само научна љубопитност. Се претпоставува дека суперионскиот мраз постои длабоко во Уран и Нептун, каде што неговите својства би можеле да ги објаснат необичните магнетни полиња на тие планети.

Експеримент кој ги поместува границите

Во новиот експеримент, тимот предводен од физичарот Алексис Форестир од француската Комисија за алтернативни енергии и атомска енергија ги изложи примероците од вода на услови какви што се очекуваат во јадрата на ледените џинови.

Примероците биле притиснати меѓу дијамантски врвови до притисок од 230 гигапаскали, што е 2,3 милиони пати повеќе од атмосферскиот притисок, и истовремено ги загревале со ласери на температури од повеќе илјади степени. Промените во кристалната структура на мразот ги следеле со тесен сноп рендгенски зраци.

Откритие на хексагонален мраз

Анализата откри конфигурација која досега постоеше само во теоријата: хексагонално густо спакуван мраз, познат како хцп-мраз (hcp). Станува збор за специфичен распоред на атомите на кислород.

Додека претходно откриениот облик на суперионски мраз има таканаречена ѕидно-центрирана кубична структура (фцц / fcc), кај хцп-мразот слоевите на атоми се поинаку наредени. Експериментите покажаа дека со загревањето хцп-кристалот почнал да се однесува како суперионска супстанција.

Премин меѓу двата облика

Истражувачите утврдија дека преминот од еден облик во друг се случува со порастот на притисокот и температурата. При 155 гигапаскали и 2.000 Келвини, рендгенскиот сигнал покажувал мешавина од фцц и хцп структура.

Кога условите ги засилиле на 219 гигапаскали и 2.630 Келвини, фцц-сигналот речиси исчезнал, а хцп станал доминантен. Тимот дополнително сфатил дека веројатно и во еден претходен експеримент произвел хцп-мраз, но тогаш не препознале за што се работи.

Значење за разбирање на Сончевиот Систем

Иако изгледа како безначајна промена на атомско ниво, разликата меѓу двата облика на мраз би можела да биде клучна за планетологијата. Ако хцп-мразот спроведува струја поинаку од фцц-мразот, тоа би можело да ги измени моделите што ја опишуваат внатрешноста на Уран и Нептун.

Се смета дека токму тие процеси се одговорни за создавањето на нивните хаотични и асиметрични магнетни полиња. Својствата на новооткриениот хцп-мраз, како што е електричната спроводливост, допрва треба да се истражат со понатамошна теоретска и експериментална работа.