|
Глубины Нептуна и Урана могут быть суперионными
|
|
|
|
Согласно новому компьютерному моделированию, проведенному Конгом Лиу и Рональдом Коэном из Университета Карнеги, в недрах ледяных планет-гигантов, таких как Уран и Нептун, может находиться ранее неизвестное состояние материи. Их работа, опубликованная в журнале Nature Communications, предсказывает, что квазиодномерное суперионное состояние гидрида углерода существует при экстремальных давлениях и температурах, обнаруживаемых глубоко внутри этих внешних тел Солнечной системы.
|
|
|
|
Было открыто более 6000 экзопланет. По мере того как это число растет, астрономы, планетологи и исследователи Земли переходят границы дисциплин, сочетая наблюдения, эксперименты и теорию, чтобы определить и исследовать факторы, которые помогают нам понять динамические процессы, которые их формируют, включая генерацию магнитных полей.
|
|
|
|
В связи с этим возрос интерес к пониманию процессов, происходящих глубоко под поверхностью планет и спутников нашей Солнечной системы, которые могут помочь нам понять динамику планет и даже обитаемость планет в более отдаленных районах.
|
|
|
|
Экзотические льды внутри Урана и Нептуна
|
|
|
|
Измерения плотностей Урана и Нептуна показывают, что внутренности этих планет-гигантов содержат промежуточные слои нетрадиционных "горячих льдов", которые находятся под их водородной и гелиевой атмосферными оболочками и над их каменистыми ядрами. Считается, что эти слои состоят из воды (H2O), метана (CH4) и аммиака (NH4), но из-за экстремальных условий предполагается, что могут возникнуть экзотические фазы.
|
|
|
|
|
|
|
Физические особенности этих областей с высоким давлением и температурой могут привести к возникновению нетрадиционных состояний вещества, поэтому теоретики и экспериментаторы пытаются предсказать и воссоздать то, что там может быть обнаружено.
|
|
Моделирование гидрида углерода под давлением
|
|
|
|
Используя высокопроизводительные вычисления и машинное обучение, Лю и Коэн выполнили фундаментальное квантово-физическое моделирование гидрида углерода (CH) при давлении, превышающем атмосферное почти в 5-30 миллионов раз (от 500 до 3000 гигапаскалей), и при температурах от 6740 до 10340 градусов по Фаренгейту (от 4000 до 6000 Кельвинов).
|
|
|
|
Их инструменты предсказали появление упорядоченной гексагональной структуры, в которой атомы водорода движутся по спиральным траекториям, создавая квазиодномерное суперионное состояние.
|
|
|
|
Суперионные материалы занимают необычное промежуточное положение между твердыми и жидкими веществами — один тип атомов остается в кристаллической структуре, а другой становится подвижным.
|
|
|
|
"Эта недавно предсказанная углеродно–водородная фаза особенно поразительна, потому что движение атомов не является полностью трехмерным", - объяснил Коэн. "Вместо этого водород движется преимущественно по четко определенным спиральным траекториям, встроенным в упорядоченную углеродную структуру".
|
|
Последствия для планетарных недр и материалов
|
|
|
|
Направленность этого движения имеет важное значение для того, как тепло и электричество перемещаются в недрах планеты. Такое поведение может повлиять на перераспределение внутренней энергии, электропроводность и, возможно, на интерпретацию генерации магнитного поля в ледяных гигантах.
|
|
|
|
Их результаты также расширяют наше понимание поведения простых соединений в экстремальных условиях, предполагая, что даже простые системы могут организовываться в неожиданно сложные фазы.
|
|
|
|
"Углерод и водород являются одними из наиболее распространенных элементов в планетарных материалах, однако их совместное поведение в условиях планеты-гиганта остается далеко не полностью изученным", - заключил Лю.
|
|
|
|
Помимо планетарных недр, способность выявлять сильно направленные возникающие явления в конденсированном веществе может иметь последствия для материаловедения и инженерии.
|
|
|
|
Источник
|
