Согласно новым компьютерным моделированиям, проведенным Конгом Лю и Рональдом Коэном из Института Карнеги, в недрах ледяных гигантских планет, таких как Уран и Нептун, может существовать ранее неизвестное состояние вещества. В своей работе ученые предполагают, что при экстремальном давлении и температуре, господствующих в глубинах этих тел внешней части Солнечной системы, существует квазиодномерное суперионное состояние гидрида углерода.
Интерес к недрам планет
В настоящее время открыто более 6000 экзопланет. По мере роста этого количества астрономы, планетологи и ученые-геофизики преодолевают границы между дисциплинами, объединяя наблюдения, эксперименты и теорию, чтобы определить и исследовать факторы, помогающие нам понять динамические процессы, формирующие эти объекты, в частности образование магнитных полей.
Таким образом растет интерес к пониманию процессов, происходящих глубоко под поверхностью планет и спутников нашей Солнечной системы, что может помочь нам лучше понять динамику планет и даже их пригодность к жизни в более отдаленных уголках Вселенной.
Экзотические льды внутри Урана и Нептуна
Измерения плотности Урана и Нептуна свидетельствуют о том, что внутри этих гигантских планет находятся промежуточные слои необычных «горячих льдов», которые расположены ниже их атмосферных оболочек водорода и гелия и выше их скальных ядер. Эти слои состоят из воды (H2O), метана (CH4) и аммиака (NH4), но из-за экстремальных условий считается, что могут возникать экзотические фазы.
Физические процессы в этих областях высокого давления и высокой температуры могут приводить к возникновению нетрадиционных состояний вещества, поэтому теоретики и экспериментаторы пытаются предсказать и воспроизвести то, что там можно было бы выявить.
Новое состояние вещества гидрида углерода
Используя высокопроизводительные вычисления и машинное обучение, Лю и Коэн провели фундаментальные квантово-физические моделирования гидрида углерода (CH) под давлением от почти 5 до почти 30 млн раз выше атмосферного (от 500 до 3000 гигапаскалей) и при температурах (от 6740 до 0 0 0 6000 кельвинов). Их методы позволили предположить появление упорядоченной гексагональной структуры, в которой атомы водорода двигаются по спиральным траекториям, создавая квазиодномерное суперионное состояние.
Суперионные материалы занимают необычную промежуточную позицию между твердыми веществами и жидкостями – один тип атомов остается в кристаллической структуре, а другой становится подвижным.
«Эта недавно предусмотренная фаза углерода и водорода особенно впечатляющая, поскольку движение атомов не является полностью трехмерным, — пояснил Коэн. — Вместо этого водород движется преимущественно по четко определенным спиральным траекториям, встроенным в упорядоченную структуру углерода».
Важность открытия для развития планетологии и материаловедения
Направление этого движения имеет важные последствия для понимания того, как тепло и электричество распространяются внутри планеты. Такое поведение может влиять на перераспределение энергии во внутренних слоях, электропроводность и возможно на интерпретацию процессов образования магнитного поля в ледяных гигантах.
Их выводы также расширяют понимание поведения простых соединений в экстремальных условиях, указывая на то, что даже простые системы могут переходить в неожиданно сложные фазы.
Кроме изучения внутреннего строения планет, способность проявлять явления, имеющие ярко выраженную направленность, в конденсированном веществе может иметь важное значение для материаловедения и инженерии.
По материалам phys.org
