Ледът не е това, което си мислехме — и учените току-що откриха нов вид

Една тайна, която ще ви призная: доскоро смятах леда за скучен. Замръзнала вода? Какво толкова. Но после се зарових в изследванията за леда и... всичко, което знаех, се оказа грешно. Има не един вид лед — има десетки. А сега учените откриха нов, толкова екстремен, че граничи с фантастиката.

Запознайте се с хексагонално близко опакован лед — или hcp лед. (Знам, името не е кой знае какво.)

Как така има различни видове лед?

Ето нещо, за което никой не ни учи в училище: когато учените говорят за лед, обикновено имат предвид добрия стар "Лед I" — хексагоналните кристали в леда на вашата напитка. Но при различни условия на температура и налягане, водата може да се подреди в кристални структури, които изглеждат съвсем различно.

Учените вече са каталогизирали ледове от Лед I до Лед XXII, като всеки се образува при все по-луди условия. Става въпрос за налягания милиони пъти по-високи от това на плажа и температури, заради които всяка фурна би изглеждала като хладилник.

Най-новият играч? Hcp лед, който може да стане официално Лед XXIII, ако научната общност кимне одобрително. И честно казано, този може да е най-интересният от всички.

Защо този лед е толкова специален?

Представете си блок лед. Готови ли сте? Сега забравете всичко, защото hcp ледът няма нищо общо с това, което си представяте.

Това се нарича суперионен лед и е една от най-объркващите субстанции, за които съм чел. Ето как работи: в суперионния лед кислородните атоми се заключват в твърда кристална решетка — нещо като решетка на клетка. Но водородните атоми? Те се носят навсякъде в тази клетка като хиперактивни деца на рожден ден.

Става още по-интересно: тези скитащи водородни атоми носят електрически заряд. Това означава, че суперионният лед не е просто екзотична диковинка — той е проводник, като жица, която пренася електричество.

Учените теоретизираха съществуването на суперионен лед с десетилетия, преди най-накрая да го създадат в лаборатория през 2019 г. Онази първа версия, сега наречена Лед XVIII, има кислород, подреден в т.нар. лицево-центрирана кубична (fcc) структура. Представете си как подреждате портокали в магазин — подредени и спретнати.

Но новият hcp лед, открит от екипа на Форестие? Той има хексагонална подредба, която е различна. И се появява, когато натиснеш условията още повече — повишиш налягането до близо 2 милиона пъти земната атмосфера на морското равнище и загрееш до около 2630 Келвина (това е около 4280 градуса по Фаренхайт — достатъчно горещо, за да стопи много видове стомана).

Как изобщо са го открили?

Обожавам да си представям как е протекъл този експеримент. Екипът от Френската комисия за атомна енергия и алтернативни енергии (CEA) хванал микроскопични проби вода между два диамантени накрайника — сякаш стискаш капка между две от най-твърдите материали на Земята.

Използвали са диамантени слоеве, които поглъщат лазерна светлина, и проучвали пробите с мощни рентгенови лъчи в институт в Гренобъл, Франция. След това просто... увеличили топлината и налягането. И наблюдавали.

При по-ниски налягания видели очаквания fcc суперионен лед да се образува. Но когато натиснали още — говорим за налягания над 200 гигапаскала — hcp структурата започнала да доминира. До края на експеримента hcp ледът бил изцяло навсякъде, а пиковете на fcc почти изчезнали.

Сякаш гледаш научно превръщане в реално време, и честно? Звучи като един от най-готините експерименти, които можете да си представите.

Защо да ни пука за поредния екзотичен лед?

Ето къде става наистина вълнуващо (поне за мен, фен на космоса): това откритие може да обясни някои мистериозни неща за външната Слънчева система.

Уран и Нептун се наричат "леденогиганти", но не си ги представяйте като замразени планети. Дълбоко в тези светове водата, амонякът и метанът съществуват като невероятно горещи, плътни течности — това, което астрономите наричат "ледове", защото се държат сходно при екстремни условия.

Когато "Вояджър 2" прелетя покрай тези планети преди десетилетия, засякъл нещо странно: техните магнитни полета са направо разбъркани. Магнитното поле на Земята е сравнително добре подравнено с оста на въртене. Но Уран и Нептун? Техните магнитни полета са наклонени под луди ъгли и асиметрични по начини, които не отговарят на това, което очакваме от недрата им.

Учените отдавна подозират, че тъньк слой от електропроводима течност някъде в тези планети създава тези странни полета. И суперионният лед? Той изглежда като основният заподозрян какво точно заобикаля този слой.

Новото hcp откритие е особено интересно, защото изглежда се образува при още по-дълбоки, още по-екстремни условия от fcc леда. Това означава, че дълбоко в тези ледени гиганти hcp ледът може да е доминиращата форма — което напълно да промени как учените моделират недрата на тези далечни светове.

Както самите изследователи казват, това откритие "може да има важни последици за стратификацията и динамиката на техните суперионни мантии."

Вселената става все по-странна

Не знам за вас, но аз намирам нещо дълбоко удовлетворяващо в открития като това. Вече не просто каталогизираме вселената — разбираме нюансите й, слоевете й, скритите й сложности.

Преди няколко десетилетия дори не знаехме, че суперионен лед съществува. Сега откриваме, че има различни негови разновидности и че тези разновидности може да определят поведението на цели планети на милиарди километри.

Всеки път, когато чета за открития като hcp леда, си спомням, че вселената не е просто по-странна, отколкото си представяме — тя вероятно е по-странна, отколкото изобщо можем да си представим. И това е доста прекрасно, нали?

Следващия път, когато си налеете чаша вода с обикновения стар Лед I, отделете момент да оцените, че някъде там в космоса водата може да съществува във форми, пред които вашият фризер би изглеждал като пустиня.

Източник: Popular Mechanics