Физики из Сорбонны и SLAC пролили свет на аномалии магнитного поля ледяных гигантов. Оказалось, что внутри таких планет, как Нептун и Уран, вода находится в уникальном агрегатном состоянии – сверхионной фазе, отличающейся от привычных земных форм. Эта разновидность воды имеет структуру, сочетающую кристаллическую решетку из атомов кислорода и подвижные атомы водорода, которые свободно перемещаются внутри, обеспечивая электропроводность. Внешне материал похож на твердый черный раскаленный лед, хотя по сути остается жидкостью в твердой оболочке.
Долгое время считалось, что внутренняя структура этой фазы должна быть строго упорядоченной, но эксперименты с применением лазерных импульсов и рентгеновских лучей показали иное. Условия, имитирующие давление 1,8 млн. атмосфер и температуру свыше 2500 Кельвинов, позволили ученым буквально на фемтосекунды создать сверхионный лед в лаборатории. Снятые за это время дифракционные данные опровергли прежние теории: вместо четкой решетки материал представлял собой смесь разных типов упаковки атомов, не переходящих друг в друга плавно, а накладывающихся хаотично.
Этот беспорядок на микроуровне, по мнению исследователей, и становится причиной смещенного, нестабильного магнитного поля Нептуна, которое не совпадает с его осью вращения. Повторные эксперименты, проведенные в Германии, подтвердили, что такое поведение льда – не случайность, а характеристика фазы при данных условиях.
Хотя пока невозможно точно воссоздать долгосрочные процессы, происходящие в глубинах планет, ученые не исключают, что даже при миллиардах лет существования этот внутренний хаос может сохраняться. Любопытно, что несмотря на отсутствие сверхионного льда на Земле, он, скорее всего, является одной из самых распространенных форм воды во Вселенной – именно из-за обилия планет с массивной ледяной оболочкой.
