Jäätä冰上 – tämä ei ole sitä tavallista jäätä

Okei, myönnän: olin aina sitä mieltä, että jää on tympeää. Sitä tulee pakastimesta ja sulaa kahvimukissa. Pointtiin.

Mutta sitten satuin lukemaan jääntutkimuksesta. Ja voi pojat – kaikki mitä luulin tietäväni, oli väärin.

Jäätä on olemassa kymmeniä eri lajeja. Eikä nyt puhuta lumen luontoisista. Oikeasti, oikeasti erilaisia jääkiteiden rakenteita.

Mitä koulu ei opettanut

Koulussa opimme, että jää on jää – kuusikulmainen kiderakenne, Ice I. Se on se jäätelökuutio lasissasi.

Mutta kun paine ja lämpötila muuttuvat, vesi järjestäytyy aivan eri tavalla. Tutkijat ovat nyt katalogoineet jäätä Ice I:stä Ice XXII:een asti. Jokainen muoto syntyy äärimmäisemmissä oloissa kuin edellinen. Puhumme miljoonien kertoimien paineista ja lämpötiloista, joissa uunikin kalpenee.

Uusin tulokas? Heksagoninen tiiviisti pakkautunut jää – lyhyesti hcp-jää. Nimi voisi olla parempikin, myönnän.

Tämä jää on jotain aivan muuta

Unohda mielessäsi oleva jääkuutio. Hcp-jää ei ole sen näköinen.

Tämä on superiominen jää, ja se on yksi omituisimmista aineista, joista olen lukenut.

Kuvittele näin: happiatomit lukittuvat jäykkään kiteiseen rakenteeseen. Ne muodostavat ikään kuin häkin. Mutta vedyn atomit? Ne pomppiivat vapaasti tuon häkin sisällä – kuin lapset syntymäpäiväjuhlissa.

Ja tässä tulee se jännittävä osuus: noilla liikkuvilla vetyatomeilla on sähkövaraus. Superoominen jää ei siis ole mikään eksoottinen kuriositeetti. Se johtaa sähköä.

Tutkijat olivat theorisoineet superomiisen jään olemassaolosta vuosikymmeniä. Vuonna 2019 he vihdoin onnistuivat luomaan sitä laboratoriossa. Tämä ensimmäinen versio, nykyään Ice XVIII, on happiatomit järjestettynä pintakeskeiseen kuutiolliseen rakenteeseen. Ajattele appelsiinien pinoamista kaupassa – siistiä ja järjestelmällistä.

Mutta Forestierin tiimin löytämä uusi hcp-jää? Se on heksagoninen rakenne. Ja se syntyy, kun paine nousee lähes kahteen miljoonaan ilmanpainetta ja lämpötila hipoo 2630 kelviniä.

Miten tämä löydettiin?

Rakastan kuvitella tätä koetta.

CEA-tutkimuskeskuksen tiimi Ranskassa sulloi pienenpieniä vesinäytteitä kahden timanttipalan väliin. Timantit ovat yksi maapallon kovimmista materiaaleista – täydellinen puristin.

He käyttivät laser-absorboivia timanttikerroksia ja tutkivat näytteitä voimakkailla röntgensäteillä Grenoblen laitoksella. Sitten vain lisättiin lämpöä ja painetta. Ja katsottiin.

Matalammilla paineilla syntyi odotetusti pintakeskeistä superomiista jäätä. Mutta kun paine nousi yli 200 gigapascalin, hcp-rakenne alkoi vallata alaa. Lopulta hcp-jää hallitsi täysin.

Se on kuin katsoisi tieteellistä muutosta reaaliajassa.

Miksi tämä merkitsee?

Tässä kohtaa asia kiinnostaa etenkin avaruusfreakkeja kuten minua: tämä löytö voi selittää jotain mystistä ulommasta aurinkokunnastamme.

Uranus ja Neptunus ovat "jääjättiläisiä". Älä kuitenkaan kuvittele niitä jäätyneiksi planeetoiksi. Niiden sisällä vesi, ammoniakki ja metaani esiintyvät uskomattoman kuumina, tiheinä nesteinä. Tähtitieteilijät kutsuvat näitä "jäiksi", koska ne käyttäytyvät samalla tavalla äärimmäisissä olosuhteissa.

Kun Voyager 2 lensi näiden planeettojen ohi vuosikymmeniä sitten, se mittasi jotain outoa: niiden magneettikentät ovat aivan sekaisin. Maan magneettikenttä on suhteellisen hyvin linjassa pyöritysakselin kanssa. Mutta Uranus ja Neptunus? Niiden magneettikentät ovat kallistuneet hurjasti ja epäsymmetrisiä tavalla, joka ei vastaa odotuksia.

Tutkijat ovat pitkään epäilleet, että ohut sähköä johtava nestekerros jossain näiden planeettojen sisällä tuottaa nuo oudot kentät. Superoominen jää on nyt pääepäilty.

Uusi hcp-jää on erityisen kiinnostava, koska se näyttää syntyvän vielä syvemmällä ja äärimmäisemmissä olosuhteissa kuin fcc-jää. Siis näiden jääjättiläisten sisäosissa hcp-jää saattaa olla dominoiva muoto – ja se voisi mullistaa mallintamisen kokonaan.

Kaikkeus on oudompi kuin kuvittelemme

En tiedä sinusta, mutta minua viehättää tällaiset löydökset. Emme vain katalogoi kaikkeutta – ymmärrämme sen vivahteita, kerroksia, piilotettuja monimutkaisuuksia.

Muutama vuosikymmen sitten emme tienneet superomiisen jään edes olevan olemassa. Nyt löydämme, että siitä on eri lajikkeita, ja nämä lajikkeet voivat muokata kokonaisten planeettojen käyttäytymistä miljardien kilometrien päässä.

Joka kerta kun luen tällaisista löydöksistä, muistan, että kaikkeus ei ole vain oudompi kuin kuvittelemme – se on todennäköisesti oudompi kuin voimme kuvitella. Ja se on aika hienoa, eikö?

Seuraavan kerran kun kaadat lasiin vettä ja heität sekaan tavallista Ice I -jäätä, pysähdy hetkeksi. Jossain siellä ulkona vedestä saattaa löytyä muotoja, jotka tekisivät pakastimestasi aavikon.