De enigmatische planeten van het buitenste zonnestelsel kunnen een vreemde vorm van waterijs herbergen die tegelijkertijd een vloeistof en een vaste stof is. Nu hebben onderzoekers dit vreemde "superionische water" hier op aarde gecreëerd.
gerelateerde inhoud
- Het kan regenen in Neptunus en Uranus
- Nieuwe storm zo groot als de aarde wekt de atmosfeer van Neptunus op
Het experiment voegt gewicht toe aan een theorie dat superionisch ijs, dat elektriciteit kan geleiden zoals metaal, de scheve magnetische velden van Uranus en Neptunus kan verklaren. De onderzoekers beschrijven hun bevindingen in een studie die deze week is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics.
Zoals Kenneth Chang voor de New York Times rapporteert, is water een bedrieglijk eenvoudige molecule die bestaat uit slechts drie atomen: twee waterstofatomen en een zuurstof die in een V-vorm met elkaar zijn verbonden. Wanneer veel watermoleculen bij elkaar komen, kan hun collectieve structuur veranderen, afhankelijk van in welke staat ze zich bevinden. In vloeistof klotsen de Vs rond. Tijdens het invriezen sluiten ze aan op een kristalrooster dat ruimer is, vandaar de neiging van het ijs om uit te zetten.
Onderzoekers die de structurele eigenschappen van water onderzoeken, hebben bijna 20 verschillende vormen van ijskristallen gevonden, met watermoleculen die zijn gerangschikt in configuraties van ongeordend tot zeshoekig tot kubisch. (Gelukkig heeft niemand de dodelijke en bevriezende eigenschappen van de fictieve Ice-nine bedacht door Kurt Vonnegut voor Cat's Cradle .)
De watermoleculen van superionisch ijs zijn zo dicht op elkaar gepakt dat hun zuurstofatomen een star rooster vormen, schrijft Change. De waterstofatomen, die een positieve lading dragen, kunnen er dan doorheen stromen. De stromende waterstofionen kunnen ook elektrische stroom voeren.
"Het is alsof het waterijs gedeeltelijk gesmolten is", vertelt Raymond Jeanloz, een van de auteurs van het papier en professor in aard- en planeetwetenschappen aan de Universiteit van Californië, Berkeley, aan de New York Times .
Om superionisch water te creëren, persen Jeanloz en zijn collega's waterijs tussen twee diamanten bij Lawrence Livermore National Laboratory tot 25.000 keer de druk die we op aarde ervaren, volgens een persbericht van het lab. Het ijs onder druk nam vervolgens een langlaufvliegtuig in handbagage om het Laboratorium voor Laser Energetica van de Universiteit van Rochester in New York te bereiken. Zes intense laserstralen schoten een puls ultraviolet licht in het monster en stuurden schokgolven die de stof verder comprimeerden en verwarmden.
Bij ongeveer 1, 9 miljoen keer atmosferische druk zagen de onderzoekers een piek in dichtheid en temperatuur, schrijft Emily Conover voor Science News . Die verandering is het bewijs dat het monster smolt, net zoals theoretische berekeningen zouden voorspellen of het superionisch ijs was. Het monster voerde ook elektriciteit uit.
IJsreuzen Uranus en Neptunus kunnen superionisch ijs in hun mantels dragen, een fenomeen dat magnetische velden genereert die er anders uitzien dan een gegenereerd in de kern van een planeet, zoals de situatie op aarde, schrijft Chang voor de New York Times.
Het experiment kan ook gevolgen hebben dichter bij huis. Jeanloz vertelt The Times dat superionisch ijs tot nieuwe materialen kan leiden. "Als iemand dat soort voorspellingen begint te valideren, geeft het de hoop dat men zou kunnen gaan nadenken over de engineering van nieuwe materialen, " zegt hij, "waar je me vertelt welke eigenschappen je wilt, en iemand kan nu een computer gebruiken om erachter te komen wat voor soort van materiaal, wat voor soort elementen je moet samenstellen, en hoe ze samen moeten worden verpakt om met die eigenschappen te komen. "
