A jég, amitől a tudósok is csak kapkodják a fejüket

Beismerem: régen untattak a jégkockák. Mit tud már egy fagyott víz, ugye? Hát, tévedtem. Nagyon nagyot tévedtem.

Az utóbbi időben elkezdtem beleásni magam a jégkutatásba, ésazzi, mennyi mindent nem tanítottak az iskolában. Nem egyféle jég létezik. Több tucat van belőle. És most a tudósok épp egy újabbra bukkantak, ami egyszerűen felfoghatatlan.

Bemutatom a ** hexagonális zárt-rácsozott jeget** – vagy ahogy a szakmai körökben hívják: hcp jég. (A nevezéktanon még dolgozhatnának.)

Többféle jég is van?

Szóval itt a helyzet: amikor a tudósok jégről beszélnek, általában az Ice I-re gondolnak – arra a hexagonális kristályszerkezetű jegre, amit a kávédba teszel. De ha megváltoztatod a nyomást és a hőmérsékletet, a víz egészen más kristályszerkezetbe tud rendeződni.

Mostanra az Ice I-től egészen az Ice XXII-ig terjedő jegtípusokat azonosítottak, és mindegyik egyre vadabb körülmények között alakul ki. Olyan nyomáson, ami milliószorosa annak, amit a tengerparton érzel, és olyan hőmérsékleten, ami a sütődet is lenyűgözné.

A legújabb szerzemény? A hcp jég, ami nagy valószínűséggel az Ice XXIII nevet kapja, ha a tudós közösség rábólint. És ez az egyik legizgalmasabb az összes közül.

Miért olyan különleges ez a jég?

Képzeld el a jeget. Megvan? Most felejtsd el, mert a hcp jég semmihez sem hasonlít, amit valaha láttál.

Ez az úgynevezett szuperionos jég – és őszintén szólva, az egyik legőrültebb anyag, amiről valaha hallottam. A lényege: a szuperionos jégben az oxigénatomok szilárd kristályrácsba zárva helyezkednek el – mintha egy ketrec rácsai lennének. De a hidrogénatomok? Azok szabadon száguldoznak ebben a ketrecben, mint a megfiatalodott gyerekek egy szülinapi buliban.

És itt jön a java: ezek a vándorló hidrogénatomok elektromos töltéssel rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy a szuperionos jég nem csupán egy különleges kuriózum – hanem vezető, mint egy áramot vivő drót.

A tudósok évtizedek óta sejtették, hogy léteznie kell szuperionos jégnek, mire 2019-ben végre sikerült előállítaniuk egy laborban. Az a verzió, amit ma Ice XVIII-ként ismerünk, olyan kristályszerkezettel rendelkezik, amit lapközepes köbös (fcc) elrendezésnek hívnak. Gondolj arra, mintha narancsokat pakolnál a szupermarketben – szépen, sorban.

De az az új hcp jég, amit Forestier és csapata felfedezett? Az hexagonális elrendezésű, és más körülmények között jön létre. Akkor alakul ki, amikor a nyomást közel 2 millió atmoszférára tornásszuk, a hőmérsékletet pedig körülbelül 2630 Kelvinre (nagyjából 4280 Fahrenheit-fokra) emeljük. Ez már akkora hőség, hogy sok acéltípus megolvadna benne.

Hogyan találtak rá egyáltalán?

Imádom elképzelni, hogyan nézhetett ki ez a kísérlet. A francia Atomi Energia és Alternatív Energiákat Hasznosító Bizottság (CEA) csapata parányi vízmintákat szorított két gyémántcsúcs közé – mintha egy cseppnyi vizet préselnél a Föld két legkeményebb anyaga közé.

Lézer-abszorbeáló gyémántrétegeket használtak, és erőteljes röntgensugarakkal vizsgálták a mintákat egy Grenoble-ban működő kutatóintézetben. Aztán egyszerűen... emelték a hőt és a nyomást. És figyeltek.

Alacsonyabb nyomáson az várt fcc szuperionos jég kezdett kialakulni. De ahogy egyre nagyobb nyomást alkalmaztak – 200 gigapaszkál felett – a hcp szerkezet átvette az uralmat. A kísérlet végére a hcp jég dominált, az fcc csúcsok szinte eltűntek.

Mintha egy tudományos átalakulást néznél élőben – és ez az egyik leglátványosabb kísérlet, amit el tudok képzelni.

Miért érdekeljen ez téged?

És itt válik igazán izgalmassá (legalábbis nekem, űrkutató-rajongónak): ez a felfedezés segíthet megmagyarázni néhány rejtélyt a Naprendszer külső bolygóival kapcsolatban.

Az Uránuszt és a Neptunuszt "jégóriásoknak" hívják, de ne úgy képzeld őket, mint fagyott bolygókat. Ezeknek a világoknak a mélyén a víz, az ammónia és a metán rendkívül forró, sűrű folyadékként létezik – csillagászok egyszerűen "jégnek" nevezik őket, mert hasonlóan viselkednek a szélsőséges körülmények között.

Amikor a Voyager 2 évtizedekkel ezelőtt elrepült ezek mellett a bolygók mellett, valami furcsát mért: a mágneses mezejük teljesen rendellenes. A Föld mágneses mezeje viszonylag jól igazodik a bolygónk forgástengelyéhez. De az Uránusz és a Neptunusz? A mágneses mezejük vad szögekben dől, és aszimmetrikus olyan módon, ami nem illik ahhoz, amit a belső szerkezetük alapján várnánk.

A tudósok már régóta gyanítják, hogy egy vékony, elektromosan vezető folyadékrégió generálja ezeket a furcsa mezőket. És a szuperionos jég? Ez tűnik a legvalószínűbb jelöltnek, ami ezt a réteget körülveszi.

Az új hcp jég felfedezése különösen érdekes, mert még mélyebb, szélsőségesebb körülmények között alakul ki, mint az fcc jég. Ez azt jelenti, hogy a jégóriások belsejében a hcp jég lehet a domináns forma – ami teljesen megváltoztathatja, ahogyan a tudósok modellezik ezeknek a távoli világoknak a belső felépítését.

Ahogy a kutatók maguk fogalmazták: ez a felfedezés "fontos következményekkel járhat a szuperionos köpenyeik rétegződésére és dinamikájára."

Az univerzum egyre furcsább lesz

Nem tudom, te hogy vagy ezzel, de én valami mélyen kielégítőt érzek az efféle felfedezések hallatán. Nem csak katalogizáljuk már az univerzumot – megértjük a árnyalatait, a rétegeit, a rejtett komplexitását.

Pár évtizede még azt sem tudtuk, hogy létezik szuperionos jég. Most pedig felfedezzük, hogy különböző változatai vannak, és ezek a változatok akár egész bolygók viselkedését is formálhatják, milliárd mérföldekre innen.

Mindig, amikor ilyen felfedezésekről olvasok, eszembe jut, hogy az univerzum nem csak furcsább, mint képzeljük – valószínűleg furcsább, mint elképzelni tudjuk. És ez egészen csodálatos, nem?

Legközelebb, amikor töltesz magadnak egy pohár vizet és beledobsz egy régi, megszokott Ice I-et, gondolj arra, hogy valahol odakint a víz olyan formákban létezhet, amik a mélyhűtődet sivataggá varázsolnák.