«Горячий лед»: что скрывают недра Урана и Нептуна
Международная группа исследователей выяснила, что в глубинах ледяных планет-гигантов Урана и Нептуна может присутствовать неизвестная форма материи. Моделирование указало на странное поведение углерода и водорода: атомы первого формируют упорядоченный гексагональный каркас, а атомы второго движутся внутри него по спиралям, образуя суперионное состояние вещества. Возможно, именно поэтому магнитные поля этих небесных тел такие необычные, считают ученые.
Уран и Нептун имеют довольно плотные атмосферы, состоящие преимущественно из водорода (82% и 80% соответственно) и гелия (15% и 19% соответственно). За этими оболочками скрываются сложные внутренние структуры, но какие именно — остается поводом для бурных дискуссий в научном сообществе. Ученые предполагают, что обе планеты могут скрывать слои «горячих льдов» — зоны, сформированные из аммиака, метана и воды.
Это привычные соединения, но в условиях экстремального давления и температуры (у обеих планет эти параметры возрастают к центру и достигают очень больших величин) они приобретают экзотические формы. Как показало новое исследование, авторами которого стала международная группа специалистов во главе с учеными из Института Карнеги, в недрах ледяных гигантов углерод и водород могут образовывать структуру, одновременно ведущую себя и как твердое тело, и как жидкость.
Команда провела компьютерное моделирование, воссоздав условия внутри Урана и Нептуна — а именно давление от 500 до 3000 гигапаскалей, превышающее земное атмосферное в миллионы раз, и температуру от 4000 до 6000 градусов по Кельвину (3726−5726 °C). Особенно ученых заинтересовало поведение гидрида углерода.
Оказалось, что атомы углерода выстраиваются в жесткую гексагональную решетку, формируя упорядоченный каркас. Атомы водорода свободно перемещаются внутри этого каркаса, двигаясь по спиралевидным траекториям. Тем самым образуется так называемое квазиодномерное суперионное состояние — иными словами, материал имеет и твердые, и текучие свойства.
Углерод остается «запертым» в кристаллической решетке, а водород демонстрирует поведение жидкости, способной к перемещению. «Эта новое углерод-водородное соединение примечательно тем, что движение атомов здесь не является полностью трехмерным, — подчеркивает автор исследования из Института Карнеги Рональд Коэн. — Вместо этого водород преимущественно движется по четко определенным спиральным траекториям внутри упорядоченной углеродной структуры».
По мнению ученых, открытие помогает объяснить некоторые особенности магнитных полей Урана и Нептуна, которые сильно не похожи на поля других планет Солнечной системы. Спиралевидное движение атомов водорода может влиять на распределение тепла и электричества внутри ледяных гигантов.
Впрочем, несмотря на то, что углерод и водород — одни из самых распространенных элементов в материалах планет, их поведение на ледяных гигантах недостаточно хорошо изучено.
Ранее мы подготовили большой материал о Нептуне. Как выглядит эта планета, сколько до нее лететь и каковы ее особенности — рассказываем здесь.
Иллюстрация Shutterstock
Самое популярное
