Världens mest extrema is – och varför du borde bry dig

Sanningen är: jag trodde is var tråkigt. Fryst vatten? Jättekonstigt. Men nu har jag ramlat ner i ett kaninhål av isforskning, och allt jag trodde jag visste var fel. Det finns inte bara EN sort is. Det finns DUSSENTALS. Och nu har forskare upptäckt en ny sort så extrem att den trotsar allt vi kan föreställa oss.

Låt mig presentera hexagonal close-packed ice, eller hcp-is.

Finns det olika typer av is?

Här är det konstiga: i skolan lär man sig aldrig att det finns massor av olika is-sorter. När forskare pratar om is tänker de oftast på "Is I" – de hexagonala kristaller som sitter i isbitarna i din drink. Men under olika tryck och temperaturer kan vatten ordna sig i kristallstrukturer som ser helt annorlunda ut.

Forskare har nu katalogiserat is från Is I hela vägen till Is XXII, och varje sort bildas under vansinnigare förhållanden. Vi pratar tryck miljoner gånger högre än大气trycket vid stranden, och temperaturer som får din ugn att blekna.

Den nyaste? Hcp-is, som kanske officiellt blir Is XXIII om forskarvärlden ger tummen upp. Och ärligt talat – den här kan vara den mest fascinerande av alla.

Vad gör den här isen så speciell?

Föreställ dig en isbit. Bra. Glöm nu allt du såg, för hcp-is är ingenting som du föreställer dig.

Det här kallas superionisk is, och det är en av de mest hjärnböjande ämnena jag någonsin läst om. Så här funkar det: i superionisk is låser syreatomerna in sig i en stel kristallstruktur – ungefär som gallret i ett bur. Men väteatomerna? De kan röra sig fritt inne i den buren, som hyperaktiva barn på en födelsedagsfest.

Här blir det riktigt intressant: de vandrande väteatomerna bär på elektrisk laddning. Det betyder att superionisk is inte är någon exotisk kuriositet – den är faktiskt en ledare, som en tråd som leder elektricitet.

Forskare hade teoretiserat att superionisk is fanns i decennier innan de äntligen skapade den i ett labb 2019. Den första versionen, nu kallad Is XVIII, har syre ordnat i ett "face-centered cubic"-mönster (fcc). Tänk på det som apelsiner staplade i en matbutik – prydligt och ordentligt.

Men den nya hcp-is som Forestier och hans team upptäckte? Den har en hexagonal struktur, och den dyker upp under ännu extremare förhållanden: tryck på nästan 2 miljoner gånger atmosfärstrycket vid havsytan, och temperaturer runt 2 630 Kelvin (ungefär 4 280 grader Fahrenheit – hetare än många ståltyper smälter).

Hur hittade de ens det här?

Jag älskar att föreställa mig upplägget för det här experimentet. Teamet vid Frankrikes atomenergikommission (CEA) fångade mikroskopiska vattenprover mellan två diamantspetsar – som att klämma en droppe mellan de hårdaste material som finns.

De använde laserabsorberande diamantskikt och undersökte proverna med kraftfulla röntgenstrålar vid en anläggning i Grenoble, Frankrike. Sen... höjde de bara värmen och trycket. Och tittade på.

Vid lägre tryck såg de den förväntade fcc-superioniska isen bildas. Men när de ökade trycket – över 200 gigapascal – började hcp-strukturen ta över. Vid experimentets slut dominerade hcp-isen helt, med fcc-topparna nästan helt borta.

Det är som att se en vetenskaplig förvandling i realtid, och ärligt? Det låter som ett av de coolaste experimenten som finns.

Varför borde du bry dig om en fancy is-sort?

Här blir det riktigt spännande (åtminstone för rymdnördar som mig): den här upptäckten kan hjälpa oss förstå mystiska saker om vårt yttre solsystem.

Uranus och Neptunus kallas "isjättarna", men föreställ dig inte att de är frusna planeter. Djupt inne i dessa världar finns vatten, ammoniak och metan som otroligt heta, täta vätskor – det astronomer lite lättvindigt kallar "is" eftersom de beter sig liknande under extrema förhållanden.

När Voyager 2 flög förbi dessa planeter för årtionden sedan mätte den något konstigt: deras magnetfält är helt skeva. Jordens magnetfält är ganska väl anpassat till planetens rotationsaxel. Men Uranus och Neptunus? Deras magnetfält är lutade i vansinniga vinklar och asymmetriska på sätt som inte stämmer överens med vad vi förväntar oss av deras innandömen.

Forskare har länge misstänkt att ett tunt lager av elektriskt ledande vätska någonstans i dessa planeter skapar de konstiga fälten. Och superionisk is? Den ser alltmer ut som den ledande misstänkte.

Den nya hcp-is-upptäckten är särskilt spännande eftersom den verkar bildas vid ännu djupare, mer extrema förhållanden än fcc-is. Det betyder att djupt inne i dessa isjättar kan hcp-is vara den dominerande formen – vilket helt kan ändra hur forskare modellerar innandömena på dessa avlägsna världar.

Som forskarna själva uttrycker det: upptäckten "kan ha viktiga konsekvenser för stratifieringen och dynamiken i deras superioniska mantlar."

Universum blir bara konstigare

Jag vet inte hur det är med dig, men jag tycker det är djupt tillfredsställande med upptäckter som den här. Vi katalogiserar inte längre bara universum – vi förstår dess nyanser, dess lager, dess dolda komplexitet.

För några decennior sedan visste vi inte ens att superionisk is fanns. Nu upptäcker vi att det finns olika varianter av den, och att dessa varianter kan forma beteendet hos hela planeter miljarder mil bort.

Varje gång jag läser om upptäckter som hcp-is påminns jag om att universum inte bara är konstigare än vi föreställer oss – det är förmodligen konstigare än vi kan föreställa oss. Och det är ganska underbart, eller hur?

Nästa gång du häller upp ett glas vatten med vanlig Is I, ta en stund och uppskatta att någonstans där ute kanske vatten finns i former som skulle få din frys att se ut som en öken.

Källa: https://www.popularmechanics.com/science/a73780491/new-ice-neptune