Eis ist nicht gleich Eis – und jetzt wird es noch verrückter

Kurze Beichte: Ich fand Eis immer langweilig. Gefrorenes Wasser? Wow, so revolutionär. Aber dann bin ich in ein Kaninchenbau der Eis-Forschung gerutscht und plötzlich ging mir ein Licht auf. Es gibt nicht nur EINE Art von Eis. Es gibt Dutzende. Und jetzt haben Wissenschaftler eine neue entdeckt, die so extrem ist, dass sie schwer zu glauben ist.

Darf ich vorstellen: Hexagonal-dichtgepacktes Eis, kurz hcp-Eis.

Moment mal – verschiedene Eissorten?

Das verrückte ist: In der Schule lernst du nie, dass es verschiedene Eisformen gibt. Wenn Forscher von Eis sprechen, meinen sie normalerweise das gute alte „Eis I" – die sechseckigen Kristalle in deinem Getränk. Aber unter verschiedenen Bedingungen von Temperatur und Druck kann sich Wasser in Kristallstrukturen anordnen, die völlig anders aussehen.

Wissenschaftler haben mittlerweile Eis von Eis I bis Eis XXII katalogisiert, und jedes bildet sich unter immer wilderen Bedingungen. Wir reden von Druck, der millionenfach höher ist als am Strand, und Temperaturen, bei denen dein Backofen neidisch wird.

Der Neueste in der Familie? Hcp-Eis, das vielleicht offiziell Eis XXIII wird, wenn die Wissenschaftsgemeinde zustimmt. Und ehrlich gesagt könnte das der faszinierendste Fund überhaupt sein.

Was macht dieses Eis so besonders?

Stell dir einen Eisblock vor. Jetzt vergiss das Bild, denn hcp-Eis hat nichts damit zu tun.

Das ist sogenanntes superionisches Eis, und es ist eine der verblüffendsten Substanzen überhaupt. So funktioniert's: Bei superionischem Eis fixieren sich die Sauerstoffatome in einer starren Kristallstruktur – ähnlich wie die Gitterstäbe eines Käfigs. Aber die Wasserstoffatome? Die bewegen sich frei herum, wie hyperaktive Kinder auf einer Geburtstagsfeier.

Hier wird's richtig spannend: Diese wandernden Wasserstoffatome tragen eine elektrische Ladung. Das bedeutet, superionisches Eis ist nicht nur eine exotische Kuriosität – es ist tatsächlich ein Leiter, wie ein Draht, der Strom transportiert.

Wissenschaftler hatten jahrzehntelang vermutet, dass superionisches Eis existiert, bevor sie es 2019 endlich im Labor erzeugten. Diese erste Version, jetzt Eis XVIII genannt, hat Sauerstoffatome in einer flächenzentrierten kubischen Anordnung. Stell dir vor wie Orangen im Supermarkt aufgestapelt – ordentlich und gleichmäßig.

Aber das neue hcp-Eis, das das Team um Forestier entdeckt hat? Das hat eine hexagonale Anordnung, und zwar eine andere. Es entsteht unter noch extremeren Bedingungen: Druck bis zu fast 2 Millionen Mal dem Luftdruck auf Meereshöhe, und Temperaturen um 2.630 Kelvin – das sind um die 4.280 Grad Fahrenheit. Heiß genug, um viele Stahlarten zu schmelzen.

Wie haben sie das überhaupt gefunden?

Ich liebe die Vorstellung, wie dieses Experiment ablief. Das Team der französischen Atomenergie- und Alternativenergienkommission (CEA) hat winzige Wasserproben zwischen zwei Diamantspitzen eingeklemmt – wie ein Wassertropfen zwischen den härtesten Materialien der Erde.

Sie nutzten laserabsorbierende Diamantschichten und untersuchten die Proben mit starken Röntgenstrahlen in Grenoble. Dann haben sie einfach... Hitze und Druck hochgefahren. Und beobachtet.

Bei niedrigerem Druck sahen sie das erwartete fcc-superionische Eis. Aber als sie weiter erhöhten – über 200 Gigapascal – begann sich die hcp-Struktur durchzusetzen. Am Ende des Experiments dominierte das hcp-Eis komplett, während die fcc-Peaks fast verschwanden.

Wie eine wissenschaftliche Verwandlung in Echtzeit – klingt nach einem der coolsten Experimente überhaupt.

Warum sollte mich fancy Eis interessieren?

Hier wird's richtig aufregend (zumindest für Weltraum-Nerds wie mich): Diese Entdeckung könnte erklären, was mit den äußeren Planeten unseres Sonnensystems los ist.

Uranus und Neptune heißen „Eisriesen", aber stell sie dir nicht als gefrorene Planeten vor. In ihrem Inneren existieren Wasser, Ammoniak und Methan als unglaublich heiße, dichte Flüssigkeiten – Astronomen nennen sie locker „Eis", weil sie sich unter extremen Bedingungen ähnlich verhalten.

Als Voyager 2 vor Jahrzehnten an diesen Planeten vorbeiflog, maß es etwas Seltsames: Ihre Magnetfelder sind völlig daneben. Das Magnetfeld der Erde ist halbwegs mit unserer Rotationsachse ausgerichtet. Aber Uranus und Neptun? Ihre Magnetfelder sind unter absurd schiefen Winkeln geneigt und asymmetrisch auf Weise, die nicht ins Bild passt.

Wissenschaftler vermuten schon lange, dass eine dünne Schicht elektrisch leitender Flüssigkeit irgendwo in diesen Planeten diese schrägen Felder erzeugt. Und superionisches Eis? Das sieht immer mehr nach dem Haupverdächtigen aus.

Die neue hcp-Eis-Entdeckung ist besonders spannend, weil es sich unter noch tieferen, extremeren Bedingungen bildet als fcc-Eis. Das bedeutet: Tief in diesen Eisriesen könnte hcp-Eis die vorherrschende Form sein – was komplett verändern könnte, wie Wissenschaftler das Innere dieser fernen Welten modellieren.

Wie die Forscher selbst schreiben, könnte diese Entdeckung „wichtige Auswirkungen auf die Schichtung und Dynamik ihrer superionischen Mäntel haben."

Das Universum wird immer verrückter

Ich weiß nicht, wie's dir geht, aber ich finde solche Entdeckungen zutiefst befriedigend. Wir katalogisieren das Universum nicht mehr nur – wir verstehen seine Nuancen, seine Schichten, seine verborgenen Komplexitäten.

Vor ein paar Jahrzehnten wussten wir noch nicht einmal, dass superionisches Eis existiert. Jetzt entdecken wir, dass es verschiedene Varianten gibt, und dass diese Varianten das Verhalten ganzer Planeten in Milliarden Kilometern Entfernung formen könnten.

Jedes Mal, wenn ich von Entdeckungen wie hcp-Eis lese, werde ich daran erinnert, dass das Universum nicht nur seltsamer ist, als wir es uns vorstellen – es ist wahrscheinlich seltsamer, als wir es uns vorstellen können. Und das ist doch ziemlich wunderbar, oder?

Das nächste Mal, wenn du dir ein Glas Wasser mit ganz normalem Eis I einschenkst, nimm dir einen Moment und denk daran, dass dort draußen vielleicht Wasser in Formen existiert, die dein Gefrierschrank wie eine Wüste aussehen lassen.

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