Вода может принимать поразительное множество форм. Это может быть жидкость, пар или различные виды твердых веществ. Теперь ученым удалось создать форму льда, известную как суперионный ледяной залив, подвергающий воду воздействию экстремальных температур и давления, подобных тем, которые можно найти на газовых гигантах, таких как Нептун или Уран. Если ударная волна ударит по капле воды, за мгновение до того, как она перестанет существовать, может образоваться сверхзвуковой лед. Но теперь исследователи смогли последовательно генерировать сверхзвуковой лед и поддерживать его, чтобы его можно было изучать. Для этого они использовали инструмент под названием Advanced Photon Source. Как только они это сделали, они исследовали его свойства. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.
Мы мало что знаем о свойствах молекул, когда они подвергаются воздействию экстремальных условий давления и тепла, в том числе тех, которые находятся внутри нашей собственной планеты. Когда люди зарываются в землю, они могут достичь глубины всего около десятка километров, прежде чем тепло и давление расплавят оборудование, и молекулярные структуры начнут меняться. Вместо этого исследователи должны воссоздать условия, которые встречаются в местах глубоко под землей или на других планетах, в лабораторных симуляциях.
APS может толкать электроны со скоростью, близкой к скорости света, создавая рентгеновские лучи. Образцы сжимаются между кусочками алмаза для создания экстремального давления, и образец подвергается воздействию лазерных лучей, имитирующих интенсивное нагревание. Наконец, рентгеновский луч пропускается через образец, и создаваемое им рассеяние используется для определения расположения атомов в образце.
Когда команда проводила эксперименты, они сначала подумали, что что-то не так. Но когда лазер был выключен, изменение, которое они видели в воде, было обратимым, и они поняли, что это не была химическая реакция, была создана новая фаза воды.
“Представьте себе куб, решетку с атомами кислорода по углам, соединенными водородом”, — поясняет соавтор исследования, профессор Виталий Прокопенко. “Когда он переходит в эту новую суперионную фазу, решетка расширяется, позволяя атомам водорода перемещаться, в то время как атомы кислорода остаются неизменными на своих местах. Это похоже на твердую кислородную решетку, расположенную в океане плавающих атомов водорода”.
Данная фаза была предсказана учеными-теоретиками, но считалось, что потребуется гораздо большее давление.
Это исследование может помочь ученым, которые ищут признаки воды на других планетах, где она может существовать в фазах, с которыми мы, возможно, не знакомы. Сверхзвуковые льды также могут влиять на магнитное поле планеты, что необходимо для защиты окружающей среды от вредных космических лучей.
Исследования этой новой фазы воды теперь будут продолжаться, как и изучение того, как она сочетается с другими веществами, такими как соли.
