최근 뉴욕 브라이튼에있는 레이저 에너지 (Laser Energetics)의 실험실에서 세계에서 가장 강력한 레이저 중 하나는 물방울을 날려 물의 압력을 수백만 대기로 높이고 온도를 수천 도로 높였습니다. 두 번째 부분의 같은 부분에서 액적을 통해 빛을 발한 엑스 레이는 극한 조건에서 인류의 첫 물을 엿볼 수있었습니다.
X- 레이는 충격파 내부의 물이 과열 액체 나 가스가되지 않는 것으로 나타났습니다. 역설적으로 - 그러나 물리학 자들이 인접한 방의 스크린에서 흠뻑 젖은 것처럼, 원자가 고체를 얼어 결정 성 얼음을 형성합니다.
캘리포니아에있는 로렌스 리버 모어 국립 실험실의 마리우스 밀로트 (Marius Millot)는“이 총을 들었습니다. Millot는 Lawrence Livermore의 Federica Coppari와의 실험을 공동으로 옮겼습니다.
Nature 에 오늘 출판 된 결과 , 기괴한 특성을 가진 새로운 물의“Superionic Ice”의 존재를 확인하십시오. 냉동실이나 북극에서 발견되는 친숙한 얼음과 달리 슈퍼 이온 얼음은 검은 색과 뜨겁습니다. 그것의 큐브는 정상적인 것보다 4 배의 큐브입니다. 그것은 30 년 전에 이론적으로 예측되었으며, 지금까지는 본 적이 없지만 과학자들은 그것이 우주에서 가장 풍부한 물의 물 중 하나라고 생각합니다.
.태양계 전체에서 적어도 더 많은 물은 아마도 더 많은 물이 아마도 천왕성과 해왕성의 내부를 채우는 슈퍼 이온 얼음으로 존재할 것입니다. 슈퍼 이온 얼음의 발견은이“얼음 거인”세계의 구성에 대한 수십 년 된 퍼즐을 잠재적으로 해결할 수 있습니다.
“얼음 I h 로 알려진 일반적인 얼음에서 발견되는 물 분자의 육각형 배열 포함 ,”과학자들은 이미 18 개의 아이스 크리스탈 건축물을 발견했습니다. 두 가지 형태로 오는 ICE I 후에, i h 그리고 i
슈퍼 이온 얼음은 이제 얼음 XVIII의 맨틀을 주장 할 수 있습니다. 새로운 크리스탈이지만 비틀어졌습니다. 이전에 알려진 모든 수질은 온전한 물 분자로 만들어지며, 각각은 2 개의 수소에 연결된 하나의 산소 원자를 갖는다. 그러나 새로운 측정에 따르면 Superionic Ice는 그렇지 않습니다. 그것은 일종의 초현실주의 림보, 일부 고체, 부분 액체에 존재합니다. 개별 물 분자가 분리됩니다. 산소 원자는 입방 격자를 형성하지만, 수소 원자는 산소의 단단한 케이지를 통해 액체처럼 흐르는 유출이 없다.
.
전문가들은 슈퍼 이온 얼음의 발견은 컴퓨터 예측을 입증하여 물리학자가 맞춤형 물질을 맞춤형 특성으로 미래의 물질을 만드는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다. 그리고 얼음을 찾으려면 초고속 측정과 온도 및 압력의 미세 제어가 필요하며 실험 기술을 발전 시켰습니다. University College London의 Christoph Salzmann은“이 모든 것이 불가능했을 것”이라고 말했다. "확실히 큰 영향을 미칠 것입니다."
당신이 물어 보는 사람에 따라, Superionic Ice는 물의 이미 어수선한 아바타 배열 또는 심지어 낯선 것들에 또 다른 추가입니다. 프랑스 국립 과학 연구 센터의 물리학 자 리비아 보브 (Livia Bove)와 피에르 (Pierre)와 마리 쿠리 대학 (Marie Curie University)은 물 분자가 무너지기 때문에 새로운 물의 물리적이 아니라고 말했다. 그녀는“정말 새로운 문제의 상태입니다.
퍼즐을 얼음 위에 올려 놓았습니다
물리학 자들은 수년간 초오온 얼음을 쫓아 왔습니다. 1988 년 Pierfranco Demontis가 이끄는 원시 컴퓨터 시뮬레이션 이후 물이 알려진 얼음 단계의지도 너머로 밀어 붙인 경우이 이상하고 거의 금속 같은 형태를 취할 것이라고 예측했습니다.
.극심한 압력과 열에서 시뮬레이션은 물 분자가 파손되었습니다. Millot은 산소 원자가 입방 격자에 잠겨 있으면“수소는 이제 결정의 한 위치에서 다른 위치로 점프하고 다시 점프하고 다시 점프하기 시작합니다.”라고 Millot은 말했습니다. 격자 부위 사이의 점프는 너무 빠르기 때문에 수소 원자가 이온화되어 본질적으로 긍정적으로 전하 된 양성자가 액체처럼 움직이는 것처럼 보입니다.
이것은 슈퍼 이온 얼음이 금속처럼 전기를 전도 할 것이며, 수소는 전자의 일반적인 역할을 수행합니다. 이러한 느슨한 수소 원자를 주위에 뿌려 주면 얼음의 장애 또는 엔트로피가 향상됩니다. 결국, 엔트로피의 증가는 다른 종류의 얼음 결정 보다이 얼음이 훨씬 더 안정적으로 만들어서 용융점이 위로 올라갑니다.
그러나이 모든 것은 상상하기 쉽고 신뢰하기가 어려웠습니다. 첫 번째 모델은 단순화 된 물리학을 사용하여 실제 분자의 양자 특성을 통해 손을 흔들었다. 나중에 시뮬레이션은 더 많은 양자 효과로 접었지만 여전히 다수의 양자체 상호 작용을 설명하는 데 필요한 실제 방정식을 회전 시켰으며, 이는 계산하기가 너무 어렵습니다. 대신, 그들은 근사치에 의존하여 전체 시나리오가 시뮬레이션에서 신기루 일 수있는 가능성을 높였습니다. 한편, 실험은이 단단한 물질조차 녹이기에 충분한 열을 생성하지 않으면 서 필요한 압력을 가할 수 없었습니다.
그러나 문제가 끓으면서 행성 과학자들은 물이 슈퍼 이온성 얼음 단계를 가질 수 있다는 스스로 몰래 의혹을 개발했습니다. 단계가 처음 예측되었을 때, 프로브 보이저 2는 외부 태양계로 항해하여 얼음 거인 천왕성과 해왕성의 자기장에 대해 이상한 것을 발견했습니다.
태양계의 다른 행성 주변의 필드는 다른 구조없이 강하게 정의 된 북쪽 및 남쪽으로 구성된 것 같습니다. 마치 중앙에 막대 자석 만있는 것처럼 회전 축에 맞는 것처럼 보입니다. 행성 과학자들은 이것을“dynamos”까지 초크합니다 :행성이 회전함에 따라 전도성 유체가 상승하고 소용돌이 치는 내부 지역.
대조적으로, 천왕성과 해왕성에서 나오는 자기장은 2 개 이상의 극으로 울퉁불퉁하고 더 복잡해 보였다. 또한 행성의 회전과 밀접하게 조정하지 않습니다. 이것을 생산하는 한 가지 방법은 어떻게 든 다이너 모를 담당하는 유체를 핵심 바깥 쪽 껍질로 제한하는 것입니다.
.그러나이 행성들이 다이너 모를 생성 할 수없는 고체 코어를 가질 수 있다는 생각은 현실적으로 보이지 않았다. 이 얼음 거인들에게 뚫린다면 먼저 이온 물 층을 만나고, 이는 흐르고, 전류를 수행하고, 다이너 모에 참여할 것입니다. 순진하게, 그것은 더 뜨거운 온도에서도 더 깊은 물질처럼 보인다. Johns Hopkins University의 Sabine Stanley는“천왕성과 해왕성의 인테리어가 실제로 견고하다는 농담을 항상 만들었습니다. "하지만 이제는 실제로 그럴 수도 있습니다."
폭발의 얼음
이제 마지막으로 Coppari, Millot 및 그들의 팀은 퍼즐 조각을 함께 가져 왔습니다.
지난 2 월에 발표 된 초기 실험에서 물리학 자들은 슈퍼 이온 얼음에 대한 간접적 인 증거를 구축했습니다. 그들은 두 개의 컷 다이아몬드의 뾰족한 끝 사이에 실내 온도 물방울을 압박했습니다. 마리아나스 트렌치의 바닥에서 약 10 배의 기가파스칼에 대한 압력이 약 10 배나, 물은 얼음 VI라는 정각 결정으로 변형되었다. 약 2 개의 Gigapascals에 의해, 과학자들이 최근에 발견 한 육안으로 투명한 밀도가 높고 입방 형태 인 Ice VII로 전환되었습니다.
그런 다음, 라저 에너지를 위해 실험실에서 오메가 레이저를 사용하여 밀로트와 동료들은 여전히 다이아몬드 모루 사이에 얼음 VII를 목표로 삼았습니다. 레이저가 다이아몬드의 표면에 부딪히면서 재료를 위쪽으로 위로 올렸으며, 반대 방향으로 다이아몬드를 효과적으로 로켓을 피하고 얼음을 통해 충격파를 보냅니다. Millot의 팀은 초 이온 얼음에 대한 예상대로 섭씨 4,700도에서 초안이 녹는 것을 발견했으며, 충전 된 양성자의 움직임으로 인해 전기를 전도했다.
.Superionic Ice의 벌크 특성에 대한 예측이 해결되면서 Coppari와 Millot이 이끄는 새로운 연구는 그 구조를 확인하는 다음 단계를 취했습니다. Salzmann은“무언가가 결정질이라는 것을 증명하고 싶다면 X- 선 회절이 필요하다”고 말했다.
그들의 새로운 실험은 ICES VI와 VII를 건너 뛰었습니다. 대신, 팀은 단순히 다이아몬드 모루 사이의 레이저 폭발로 물을 부수 었습니다. 충격파가 파문화되고 물이 나노 미터 크기의 얼음 큐브로 결정화되기 시작하면서 과학자들은 16 개의 레이저 빔을 사용하여 샘플 옆에 얇은 철분을 증발시켰다. 결과적인 뜨거운 플라즈마는 X- 선으로 결정화 물을 침수시킨 다음 얼음 결정에서 회절하여 팀이 구조를 분별할 수있게했습니다.
.물 속의 원자는 오래 전부터 보이지 않는 건축물 인 Ice XVIII로 재 배열되었습니다. Ice XVIII :각면의 모든 구석과 각면의 중앙에 산소 원자가있는 입방 격자. Coppari는“이것은 상당히 돌파구입니다
Bove는“이 단계의 존재는 양자 분자 동적 시뮬레이션의 인공물이 아니라 실제입니다. 매우 편안합니다.”라고 Bove는 말했습니다.
그리고 시뮬레이션과 실제 초오온 얼음의 이런 성공적인 교차 점검은 물리학 연구자들의 궁극적 인“꿈”이 곧 도달 할 수 있다고 제안합니다. 버클리 대학교 (University of California)에 본사를 둔 디스커버리 팀 (University of California)에 본사를 둔 Raymond Jeanloz는“재료에 어떤 속성을 원하는지 말해주고 컴퓨터로 가서 어떤 재료와 어떤 종류의 결정 구조가 필요한지 알아낼 것입니다. "커뮤니티가 크게 가까워지고 있습니다."
새로운 분석은 또한 슈퍼 이온 얼음이 약간 전기를 수행하지만 칙칙한 단단하다는 것을 힌트합니다. 시간이 지남에 따라 흐르지 만 실제로 휘젓지는 않습니다. 천왕성과 해왕성 내부에서 유체 층은 지구로 약 8,000km 떨어진 곳을 멈출 수 있습니다. 그것은 대부분의 다이너 모 행동을 얕은 깊이로 제한하여 행성의 특이한 분야를 설명합니다.
태양계의 다른 행성과 달은 온도와 압력의 올바른 내부 달콤한 반점을 호스팅하여 슈퍼 이온 얼음을 허용하지 않을 수 있습니다. 그러나 많은 얼음 거대 크기의 외계 행성은 은하계의 얼음 세계에서 물질이 흔할 수 있음을 시사합니다.
물론 실제 행성에는 물만 포함되어 있지 않습니다. 우리 태양계의 얼음 거인은 또한 메탄과 암모니아와 같은 화학 종에서 혼합됩니다. 스탠리는“본질적으로 슈퍼 이온 행동이 실제로 발생하는 정도는“물이 다른 재료와 물을 혼합 할 때이 단계가 여전히 존재하는지 여부에 달려있다”고 말했다. 지금까지는 다른 연구자들이 초오온 암모니아도 존재해야한다고 주장했지만 확실하지 않습니다.
팀은 연구를 다른 자료로 확장하는 것 외에도, 슈퍼 이온 결정의 이상하고 거의 역설적 인 이중성을 계속 제로화하기를 희망합니다. Millot은 산소 원자의 격자를 포착하는 것이“내가 한 가장 어려운 실험”이라고 말했다. 그들은 아직 격자를 통해 양성자의 유령, 간질 한 흐름을 보지 못했습니다. Coppari는“기술적으로 우리는 아직 거기에 없지만 분야는 매우 빠르게 성장하고 있습니다.”
.
