Led, o kterém jste nikdy neslyšeli – a je toho víc, než si myslíte
Přiznávám se: dlouho jsem led považoval za nudnou záležitost. Zamrzlá voda. Žádné velké drama. Jenže poslední dobou se nořím do výzkumu ledu a musím říct – všechno, co jsem si myslel, že vím, je špatně. Led není led. Existují jich desítky. A teď vědci objevili další, který je tak extrémní, že to ohýbá představivost.
Sejměte klobouky před ledem s hexagonální uzavřenou strukturou neboli hcp ledem. (Jo, název by mohl být lepší.)
Čekej – existují různé druhy ledu?
Tady je ta šílená věc, kterou vám ve škole neřeknou: když vědci mluví o ledu, obvykle mají na mysli starý dobrý „Led I" – hexagonální krystaly, ze kterých se skládají kostky ledu ve vašem pití. Ale při různých teplotách a tlacích se molekuly vody dokážou uspořádat do struktur, které vypadají úplně jinak.
Vědci teď mají v katalogu ledy od Led I až po Led XXII a každý se tvoří za stále bláznivějších podmínek. Mluvíme o tlacích milionkrát vyšších než na pláži a teplotách, které by vám záviděla každá trouba.
Ten úplně nejnovější? Hcp led, který by možná oficiálně mohl být Ladem XXIII, pokud mu vědecká komunita dá zelenou. A upřímně – tenhle by mohl být nejzajímavější ze všech.
Co dělá tenhle led tak výjimečným?
Představte si blok ledu. Máte to v hlavě? Teď na tu představu zapomeňte, protože hcp led nemá s tím, co si malujete, nic společného.
Tomuhle se říká superionický led a je to jedna z nejzvláštnějších látek, o jakých jsem kdy četl. Jak to funguje: v superionickém ledu se atomy kyslíku uzamknou do pevné krystalové struktury – jako mříže klece. Ale atomy vodíku? Ty se volně pohybují uvnitř té klece jako hyperaktivní děti na narozeninové oslavě.
A tady to začíná být opravdu zajímavé: ty toulavé atomy vodíku nesou elektrický náboj. Superionický led tedy není žádná exotická kuriozita – je to vodič, jako drát vedoucí elektřinu.
Vědci teorii o existenci superionického ledu formulovali desítky let, než ho v roce 2019 konečně vytvořili v laboratoři. Ta první verze, dnes známá jako Led XVIII, má kyslík uspořádaný v takzvané kubické plošně centrované (fcc) struktuře. Představte si to jako skládání pomerančů v obchodě – úhledně a pravidelně.
Ale nový hcp led, který objevil tým pod vedením Forestiera? Ten má hexagonální strukturu, která je úplně jiná. A objevuje se, když podmínky posunete ještě dál – tlak vyšplhá až na téměř dva miliony atmosfér a teplota na zhruba 2630 Kelvinů (víc než 4300 stupňů Fahrenheita – dost na to, aby se roztavila spousta druhů oceli).
Jak to vůbec našli?
Miluju si představit, jak ten experiment probíhal. Tým z francouzské Komise pro atomovou energii a alternativní energie (CEA) uzavřel mikroskopické vzorky vody mezi dva diamantové hroty – jako kdybiste mačkali kapku vody mezi dva nejtvrdší materiály na Zemi.
Použili vrstvy diamantu, které pohlcují laser, a vzorky zkoumali silnými rentgenovými paprsky v zařízení v Grenoblu. Pak prostě... zvýšili teplotu a tlak. A pozorovali.
Při nižších tlacích viděli očekávaný fcc superionický led. Ale když tlak překročil 200 gigapascalů, začala se tvořit hcp struktura. Na konci experimentu hcp led zcela dominoval a ty fcc vrcholy téměř zmizely.
Je to jako sledovat vědeckou proměnu v přímém přenosu. A upřímně? Zní to jako jeden z nejzajímavějších experimentů vůbec.
Proč by vás měla zajímat nějaká forma ledu?
Tady přichází ta opravdu vzrušující část (aspoň pro vesmírné nadšence jako jsem já): tenhle objev by mohl vysvětlit záhadné věci v naší vnější sluneční soustavě.
Uran a Neptun se říká „ledové obry", ale nepředstavujte si je jako zamrzlé planety. Hluboko uvnitř těchto světů existují voda, čpavek a metan jako neuvěřitelně horké, husté tekutiny – což astronomové volně označují jako „ledy", protože se při extrémních podmínkách chovají podobně.
Když Voyager 2 před desítkami let prolétal kolem těchto planet, změřil něco divného: jejich magnetická pole jsou úplně nepravidelná. Zemské magnetické pole je docela dobře zarovnané s osou rotace. Ale Uran a Neptun? Jejich magnetická pole jsou nakloněná pod šílenými úhly a asymetrická způsobem, který neodpovídá tomu, co bychom očekávali od jejich nitra.
Vědci dlouho tušili, že tenkou vrstvu elektricky vodivé tekutiny někde v těchto planetách by mohla být příčinou těchto podivných polí. A superionický led? Ten se teď jeví jako hlavní podezřelý pro to, co se nachází kolem té vrstvy.
Nový objev hcp ledu je obzvlášť fascinující, protože se zdá, že se tvoří v ještě hlubších, extrémnějších podmínkách než fcc led. To znamená, že hluboko uvnitř ledových obrů by mohl být dominantní právě hcp led – což by mohlo úplně změnit způsob, jak vědci modelují nitro těchto vzdálených světů.
Jak sami výzkumníci poznamenali, tenhle objev „by mohl mít důležité důsledky pro vrstvení a dynamiku jejich superionických plášťů."
Vesmír je pořád divnější
Nevím jak vy, ale já v objevu něco takového nacházím hluboké uspokojení. Už nekatalogizujeme vesmír – rozumíme jeho nuancím, jeho vrstvám, jeho skrytým složitostem.
Před pár desítkami let jsme nevěděli, že superionický led vůbec existuje. Teď zjišťujeme, že existují jeho různé odrůdy a že tyto odrůdy můžou ovlivňovat chování celých planet vzdálených miliardy mil.
Pokaždé, když čtu o objevu jako hcp led, připomíná mi to, že vesmír není jen podivuhodnější, než si představujeme – je pravděpodobně podivuhodnější, než si vůbec dokážeme představit. A to je docela úžasné, nemyslíte?
Až si příště nalijete sklenici vody s obyčejným starým Ledem I, věnujte chvilku ocenění toho, že někde venku možná existuje voda v podobách, které by váš mrazák proměnily v poušť.
Zdroj: https://www.popularmechanics.com/science/a73780491/new-ice-neptune