Pirmą kartą po 30 metų pastangų sukūrė ypatingą ledo būseną: superjoninis ledas, koks savaime gali egzistuoti nebent Neptūne ar Urane ()
Praėjus trims dešimtmečiams nuo teorinio numatymo, eksperimentiniu būdu gautas superjoninis ledas. Tai ne vien patenkintas mokslinis smalsumas, bet ir pagalba tyrinėjant ledines Saulės sistemos planetas – milžines
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
JAV fizikai pirmą kartą eksperimentiniu būdu sukūrė superjoninį ledą — ypatingą ledo būseną, kai deguonies jonai sudaro kietą kristalinę gardelę, o vandenilio jonai per ją juda. Teoriškai tokios ledo formos egzistavimas buvo numatytas dar prieš 30 metų, tačiau eksperimentiškai ją sukurti pavyko pirmą kartą, rašo mokslininkai Nature Physics.
Prieš maždaug 30 metų teoriškai buvo numatyta, kad itin aukštame slėgyje ir kelių tūkstančių laipsnių temperatūroje gali egzistuoti vandens ledo superjoninė forma. Tokioje būsenoje deguonies jonai sudaro tvirtai sujungtą gardelę, o vandenilio jonai per čia gardelę juda laisvai, kaip skystis. Superjoninio ledo susidarymui būtinos sąlygos yra, pavyzdžiui, Neptūne ar Urane — ledinių gigančių grupės planetose, kurių gelmėse gan daug aukštatemperatūrio ledo modifikacijų, tarp kurių tikriausiai yra ir superjoninė. Tačiau tokį ledą sukurti laboratorijoje ir patvirtinti šios ledo fazės egzistavimą eksperimentiškai lig šiol nepavykdavo.
Mariaus Milloto (Marius Millot) vadovaujami Livermoro nacionalinės laboratorijos fizikai pirmą kartą sugebėjo sukurti superjoninį ledą laboratorijoje. Tam mokslininkai panaudojo smūginį ledo VII suspaudimą lazeriu. Ledas-VII — viena iš netvarkingų kubinių ledo formų, kurią galima sukurti maždaug 2,5 gigapaskalių slėgiu (25 000 kartų didesniu už atmosferos slėgį) kambario temperatūroje. Tokį ledą darbo autoriai sintezavo deimantiniu priekalu, o po to lazeriu jame sukūrė smūgines bangas, kurios sklido
Ledo būseną mokslininkai stebėjo interferenciniu velosimetru ir pirometru, kuriais pagal optines charakteristikas pavyko įvertinti slėgį ir temperatūrą. Be to, skaitmeniniu modeliavimu, panaudoję tankio ir molekulinės dinamikos funkcines teorijas, fizikai parodė, kad tokiose sąlygose iš tiesų turėjo susidaryti superjoninis ledas. Remiantis gautais rezultatais, superjoninio ledo susidarymo galimybė gerokai padidina lydymosi temperatūrą, kuri prasideda tik ~5000 K temperatūroje ir 190 GPa slėgyje.
Darbo autoriai dar parodė, kad superjoniniam ledui būdingas ir labai didelis jonų laidumas. Kadangi vandenilio katijonai tokioje struktūroje juda gan laisvai, tai protoninis laidumas viršija 100 simensų centimetrui. Išlieka ir nedidelis elektroninis laidumas.
Pasak darbo autorių, vandens ledo galimybe pereiti iš kietos būsenos ne į skystą, o į superjoninę, galima paaiškinti ir kai kuriuos kitus vandens fazinius virsmus, kurie buvo užfiksuoti darbuose, kur naudotas 50-70 GPa slėgis.
Mokslininkai teigia, kad eksperimentinis superjoninio ledo egzistavimo patvirtinimas, visų pirma, parodo, kad dabar naudojamus kompiuterinius modelius galima naudoti skaitmeniniams skaičiavimams ir modeliavimui, o antra suteikia daugybę itin svarbios informacijos apie vandens būseną dangaus kūnuose, kuriuose yra panašios temperatūros ir slėgiai. Pavyzdžiui, remiantis gautais rezultatais galima įvertinti ledo milžinių ledinių apvalkalų mechanines, magnetines ir elektronines savybes.
Kadangi deguonis ir vandenilis – vieni ir labiausiai paplitusių Saulės sistemos elementų, o vandens molekulės struktūra itin patvari, nemažai įvairių ledo formų randama ne tik ledinėse milžinėse, bet ir mažesnėse planetose ir kituose dangaus kūnuose. Pavyzdžiui, Marse mokslininkai aptiko aštuonis sklypus, kur ledas išeina į planetos paviršių. Lig tol zondu Dawn ledą pavyko aptikti nykštukinėje Cereros planetoje ir Vestos asteroide.
A. Dubov
nplus1.ru