Виявили невідомий раніше стан речовини всередині Урана та Нептуна

Усередині Урана та Нептуна може існувати стан речовини, якого досі ніхто не спостерігав. Дослідники Інституту Карнегі змоделювали, як під шаленим тиском і за надвисокої температури атоми вуглецю і водню утворюють структуру з унікальними властивостями — і це може пояснити давню загадку цих планет.

Деталізована інфографіка, що показує модель гексагональної сполуки CH (вуглець-водень) на тлі поверхні та планети Нептун. Схема містить підписи українською мовою, які пояснюють будову молекули, що складається із зовнішніх спіралей вуглецю та внутрішніх спіралей водню в суперіонному стані.
Ілюстрація нової сполуки CH, яка, за даними досліджень, існує всередині Урана та Нептуна. Джерело: The Carnegie Institute

Модель замість експерименту

Вчені давно знають: крижані гіганти всередині зовсім не схожі на те, що підказує назва. Замість звичайного льоду там вирує густа гаряча суміш води, аміаку та метану під тиском у мільйони разів вищим, ніж на поверхні Землі. Відтворити такі умови в лабораторії практично неможливо — більшість матеріалів просто не витримають.

Науковці Інституту Карнегі підійшли до задачі з боку квантової механіки — побудували симуляцію «з нуля», не спираючись на спрощені моделі. За їхніми розрахунками, за тиску понад 1100 гігапаскалів (це більш ніж у 11 млн разів вищий за земний) вуглець і водень утворюють стійку сполуку з незвичною структурою: атоми вуглецю фіксуються у тверду ґратку, закручену спіраллю — наче мікроскопічні гвинтові сходи.

Сподобався контент? Підписуйся на нашу спільноту і отримуй більше про космос Друковані журнали, події та спілкування у колі космічних ентузіастів Підписатися на спільноту

Рідина всередині твердого тіла

За температур від 1000 до 3000 Кельвінів ця структура переходить у так званий суперіонний стан. Звучить складно, але суть проста: одні атоми залишаються «замороженими» у твердій ґратці, тоді як інші течуть крізь неї, як рідина. У суперіонному льоді — особливому стані води за надвисокого тиску — так поводяться протони водню: вони рухаються крізь нерухомий каркас з атомів кисню.

У новій сполуці ситуація інакша: тверду основу утворює вуглець, а атоми водню переміщуються вздовж спіральних «сходів». Вбік вони майже не рухаються, натомість обертаються. Саме ця асиметрія руху змусила дослідників виділити явище в окремий тип і назвати його квазіодновимірним суперіонним станом, першим подібним у науці.

Зв’язок із магнітними аномаліями

Традиційні моделі припускали, що суперіонні речовини всередині цих планет однаково добре проводять тепло й електрику в усіх напрямках. Але нова сполука поводиться інакше: уздовж осі спіралі вона добре проводить тепло й електрику, в перпендикулярних напрямках — набагато слабше. Ця асиметрія властивостей — так звана анізотропія — може краще відповідати реальним спостережуваним даним.

Вуглецево-водневе середовище, яке вивчали науковці, — це лише приблизна модель справжньої хімії надр крижаних гігантів. Проте навіть такий підхід дозволяє зрозуміти, як поводиться речовина в екстремальних умовах, недосяжних для жодної лабораторії на Землі.

Джерело: sciencealert.com

Новини інших медіа
У Чумацькому Шляху виявили найпотужніший природний прискорювач частинок
Blue Origin виявили справжню причину вибуху ракети New Glenn
Надмасивна чорна діра-утікачка допомогає зрозуміти стародавнє злиття
Астробіолог побачив у бактеріях з чистих кімнат NASA несподівану користь
Що Spirit насправді бачив у ґрунті кратера Гусєва
Зодіакальний пил інших систем може завадити пошуку життя у Всесвіті
Нестійкість Кельвіна — Гельмгольца вперше зафіксована на Сонці
Ракета Falcon 9 розлетілась на друзки біля кратера Ейнштейна
Під зорепад Персеїд українці зможуть залишити своє бажання на інтерактивній зоряній мапі
Створений у КПІ наносупутник PolyITAN-1 потрапив до Книги рекордів України