Die rätselhaften Planeten des äußeren Sonnensystems können eine seltsame Form von Wassereis beherbergen, die gleichzeitig flüssig und fest ist. Jetzt haben Forscher dieses seltsame "superionische Wasser" hier auf der Erde erschaffen.
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Das Experiment Die Theorie, dass superionisches Eis, das wie Metall Elektrizität leiten kann, die schiefen Magnetfelder von Uranus und Neptun erklären könnte, gewinnt an Bedeutung. Die Forscher beschreiben ihre Ergebnisse in einer Studie, die diese Woche in der Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht wurde.
Wie Kenneth Chang für die New York Times berichtet, ist Wasser ein täuschend einfaches Molekül aus nur drei Atomen: zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoff, die in V-Form miteinander verbunden sind. Wenn viele Wassermoleküle zusammenkommen, kann sich ihre kollektive Struktur ändern, je nachdem, in welchem Zustand sie sich befinden. In Flüssigkeiten schwappen die Vs umher. Während des Gefrierens verbinden sie sich in einem Kristallgitter, das geräumiger ist, weshalb das Eis dazu neigt, sich auszudehnen.
Forscher, die die strukturellen Eigenschaften von Wasser untersuchten, fanden fast 20 verschiedene Formen von Eiskristallen, wobei die Wassermoleküle in Konfigurationen von ungeordnet über hexagonal bis kubisch angeordnet waren. (Glücklicherweise hat keiner die tödlichen und ozeanischen Eigenschaften des fiktiven Ice-Nine, den Kurt Vonnegut für Cat's Cradle ausgedacht hat .)
Die Wassermoleküle des superionischen Eises sind so dicht zusammengepackt, dass ihre Sauerstoffatome ein starres Gitter bilden, schreibt Change. Die positiv geladenen Wasserstoffatome können dann frei durchströmen. Die fließenden Wasserstoffionen können auch elektrischen Strom führen.
"Es ist, als ob das Wassereis teilweise geschmolzen ist", sagt Raymond Jeanloz, einer der Autoren der Zeitung und Professor für Erd- und Planetenwissenschaften an der University of California in Berkeley, der New York Times .
Um superionisches Wasser herzustellen, haben Jeanloz und seine Kollegen im Lawrence Livermore National Laboratory Wassereis zwischen zwei Diamanten auf das 25.000-fache des Drucks auf der Erde gepresst. Dies geht aus einer Pressemitteilung des Labors hervor. Das unter Druck stehende Eis benötigte dann eine Überlandflugreise im Handgepäck, um das Labor für Laser-Energetik der Universität Rochester in New York zu erreichen. Sechs intensive Laserstrahlen strahlten einen Impuls ultravioletten Lichts in die Probe und sendeten Stoßwellen aus, die die Substanz weiter komprimierten und erhitzten.
Bei etwa 1, 9 Millionen mal atmosphärischem Druck beobachteten die Forscher einen Anstieg der Dichte und Temperatur, schreibt Emily Conover für Science News . Diese Änderung ist ein Beweis dafür, dass die Probe geschmolzen ist, genau wie theoretische Berechnungen vorhersagen würden, ob es sich um superionisches Eis handelt. Die Probe leitete auch Strom.
Die Eisriesen Uranus und Neptun tragen möglicherweise superionisches Eis in ihren Mänteln, ein Phänomen, das Magnetfelder erzeugt, die anders aussehen als die im Kern eines Planeten erzeugten, wie es die Situation auf der Erde ist, schreibt Chang für die New York Times.
Das Experiment kann auch Auswirkungen auf die Umgebung haben. Jeanloz sagt der Times, dass superionisches Eis zu neuen Materialien führen könnte. "Wenn man mit der Validierung dieser Art von Vorhersagen beginnt, besteht die Hoffnung, dass man sich Gedanken über die Entwicklung neuer Materialien macht", sagt er, "wo Sie mir sagen, welche Eigenschaften Sie wünschen, und jemand kann jetzt mit einem Computer herausfinden, welche von Material, welche Art von Elementen Sie zusammenfügen müssen und wie sie zusammengepackt werden müssten, um diese Eigenschaften zu erzielen. "
