يكتشف العلماء شكلاً جديدًا من الجليد – ربما يكون شائعًا على الكواكب البعيدة الغنية بالمياه

يمكن أن يكون للنتائج آثار على فهمنا للكواكب البعيدة الغنية بالمياه.

اكتشف باحثو NLV شكلاً جديدًا من الجليد ، يعيدون تعريف خصائص الماء عند الضغط العالي.

الماء الصلب ، أو الجليد ، مثل العديد من المواد الأخرى من حيث أنه يمكن أن يشكل مواد صلبة مختلفة تحت ظروف درجات حرارة وضغط متفاوتة ، مثل تشكيل الكربون الماسي أو الجرافيت. ومع ذلك ، يعتبر الماء استثنائيًا في هذا الصدد لأن هناك ما لا يقل عن 20 شكلًا صلبًا من الجليد الذي نعرفه.

طور فريق من العلماء العاملين في مختبر الظروف القاسية في نيفادا التابع لـ UNLV طريقة جديدة لقياس خصائص الماء تحت الضغط العالي. تم عصر عينة الماء أولاً بين طرفي ماسين متعارضين ، وتجمد في عدة بلورات ثلجية مختلطة. تعرض الجليد بعد ذلك لتقنية تسخين بالليزر أدت إلى صهره مؤقتًا قبل إعادة تشكيله بسرعة إلى مجموعة من البلورات الصغيرة الشبيهة بالمسحوق.

من خلال زيادة الضغط تدريجيًا وتفجيره بشكل دوري بشعاع الليزر ، لاحظ الفريق أن الجليد المائي قد انتقل من المرحلة المكعبة المعروفة ، Ice-VII ، إلى المرحلة المتوسطة ورباعية الزوايا المكتشفة حديثًا ، Ice-VIIt ، قبل الاستقرار. في مرحلة أخرى معروفة ، Ice-X.

زاك غراندي ، حاصل على درجة الدكتوراه من UNLV. طالب ، قاد العمل الذي أظهر أيضًا أن الانتقال إلى Ice-X ، عندما تنحدر المياه بقوة ، يحدث عند ضغوط أقل بكثير مما كان يعتقد سابقًا.

في حين أنه من غير المحتمل أن نجد هذه المرحلة الجديدة من الجليد في أي مكان على سطح الأرض ، فمن المحتمل أن تكون مكونًا شائعًا في وشاح الأرض وكذلك الأقمار الكبيرة والكواكب الغنية.في الماء خارج نظامنا الشمسي.

تم الإبلاغ عن نتائج الفريق في عدد 17 مارس 2022 من المجلة. الفحص البدني ب.

اكلات سريعه

كان فريق البحث يعمل على فهم سلوك الماء عالي الضغط الذي قد يكون موجودًا داخل الكواكب البعيدة.

للقيام بذلك ، وضع غراندي والفيزيائي في UNLV أشكان سلامات عينة من الماء بين طرفي ماسين دائريين يعرفان باسم خلايا سندان الماس ، وهي ميزة قياسية في مجال فيزياء الضغط العالي. سمح تطبيق القليل من القوة على الماس للباحثين بإعادة خلق ضغوط عالية مثل تلك الموجودة في مركز الأرض.

من خلال ضغط عينة الماء بين هذه الماسات ، قاد العلماء ذرات الأكسجين والهيدروجين إلى مجموعة متنوعة من الترتيبات المختلفة ، بما في ذلك الترتيب المكتشف حديثًا ، Ice-VIIt.

لم تسمح تقنية التسخين بالليزر ، الأولى من نوعها فقط ، للعلماء بملاحظة مرحلة جديدة من الجليد المائي ، ولكن اكتشف الفريق أيضًا أن الانتقال إلى Ice-X حدث عند ضغوط أقل بثلاث مرات تقريبًا مما كان يعتقد سابقًا – عند 300000 أجواء بدلاً من 1 مليون. كان هذا الانتقال موضوع نقاش ساخن في المجتمع لعدة عقود.

قال سلامات: “أظهر عمل زاك أن هذا التحول إلى حالة أيونية يحدث تحت ضغوط أقل بكثير من أي وقت مضى”. “إنها القطعة المفقودة وأدق القياسات التي تم إجراؤها على الماء في هذه الظروف.”

وأضاف سلامات أن العمل يعيد أيضًا معايرة فهمنا لتكوين الكواكب الخارجية. يفترض الباحثون أن طور Ice-VIIt من الجليد قد يكون موجودًا بكثرة في القشرة والعباءة العلوية للكواكب الغنية بالمياه المتوقعة خارج نظامنا الشمسي ، مما يعني أنه قد يكون لديهم ظروف صالحة للسكن مدى الحياة.

المرجع: “انتقالات التناظر المدفوعة بالضغط في H كثيفة₂O ice “بقلم Zachary M. آذار (مارس) 2022 ، الفحص البدني ب.
DOI: 10.1103 / PhysRevB.105.104109

استخدم المتعاونون في مختبر لورانس ليفرمور الوطني حاسوبًا فائقًا كبيرًا لمحاكاة إعادة ترتيب الروابط ، وتوقعوا أن انتقالات الطور يجب أن تحدث بالضبط حيث تم قياسها بالتجارب.

يشمل المتعاونون الآخرون الفيزيائيين في UNLV جيسون ستيفن وجون بوازفيرت ، وعالم المعادن في UNLV أوليفر تشونر ، وعلماء من مختبر أرغون الوطني وجامعة أريزونا.