Υπεριοντικός «εξωτικός» πάγος στον Ποσειδώνα και τον Ουρανό

0
1055

Το νερό στο υπέδαφος των πλανητών Ποσειδώνα και Ουρανού βρίσκεται σε μια πρωτόγνωρη κατάσταση της ύλης σύμφωνα με θεωρητική μελέτη στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον.

«Ο υπεριοντικός πάγος είναι μια ενδιάμεση κατάσταση της ύλης που δεν μοιάζει με τίποτα από ό,τι ξέρουμε» λέει ο Σαλβατόρε Τορκουάτο, επικεφαλής της μελέτης που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση Nature Communications.

Στον υπεριοντικό πάγο τα μόρια νερού χωρίζονται σε ιόντα υδρογόνου και οξυγόνου σε αντίθεση με άτομα των δύο στοιχείων, όπως συμβαίνει στις συνηθισμένες καταστάσεις του νερού, υγρή, στερεά και αέρια.

Τα ιόντα του οξυγόνου παραμένουν εγκλωβισμένα σε ένα κρυσταλλικό, στερεό πλέγμα, ενώ τα ιόντα υδρογόνου κινούνται ελεύθερα όπως τα μόρια οποιοδήποτε υγρού. Με άλλα λόγια, ο υπεριοντικός πάγος είναι στερεό και υγρό ταυτόχρονα.

Απαραίτητη συνθήκη για την εμφάνιση αυτής της ενδιάμεσης φάσης του νερού που δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ άμεσα μέχρι σήμερα είναι η άσκηση ακραία πίεσης, η οποία ρίχνει το σημείο πήξης του νερού, ακόμα κι όταν επικρατούν θερμοκρασίες της τάξης εκατοντάδων βαθμών Κελσίου.

Από τη στιγμή που δεν είναι δυνατή η εργαστηριακή προσομοίωση των συνθηκών πίεσης που επικρατούν στον Ποσειδώνα και τον Ουρανό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μαθηματικά μοντέλα για να καταλάβουν τι συμβαίνει στο νερό.

Έτσι, ανάλογα με την ένταση της πίεσης συμπέραναν ότι το νερό μετατρέπεται σε τρεις διαφορετικούς υπεριοντικούς πάγους, που διακρίνονται μεταξύ τους ως προς τη διάταξη των ιόντων του οξυγόνου.

Οι δύο από αυτούς τους πάγους, με τις ονομασίες BCC-SI και CP-SI, θεωρητικά ενδέχεται να υπάρχουν βαθιά στο υπέδαφος του Ουρανού και του Ποσειδώνα, δύο πλανήτες που σε μεγάλο ποσοστό αποτελούνται από πάγους νερού, αζώτου και μεθανίου.

Σε ακόμα μεγαλύτερες πιέσεις, πιο υψηλές από αυτές που ασκούνται στο εσωτερικό των γιγάντιων αυτών πλανητών, οι ερευνητές προβλέπουν ότι σχηματίζεται και μια τρίτη μορφή υπεριοντικού πάγου, με την ονομασία P21/c-SI. Είναι μια μορφή της οποίας η ύπαρξη δεν είχε προβλεφθεί μέχρι σήμερα.

Θα ήταν βέβαια δύσκολο ως αδύνατο να επιβεβαιώσει κανείς την παρουσία αυτών των τριών εξωτικών μορφών του νερού στο εσωτερικό πλανητών.

Ίσως την παρουσία τους μπορεί να «προδώσει» η επίδραση που ασκούν τα ιόντα υδρογόνου στα μαγνητικά τους πεδία όταν κινούνται μέσα στο υπεριοντικό πλέγμα.

—Οι μορφές του πάγου

Σχεδόν το σύνολο των πάγων της Γης είναι πάγος Ih με μόρια νερού κρυσταλλωμένα σε εξάγωνα. Σε θερμοκρασίες κάτω από τους -200 βαθμούς Κελσίου, ο πάγος μετατρέπεται σε διαφορετική στερεά φάση.

Μια δεύτερη μορφή, ο πάγος Ic,υπάρχει σε παγοκρυστάλλους στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, ενώ μια τρίτη μορφή, ο πάγος ΧΙ, έχει βρεθεί σε αρχαίους πάγους της Ανταρκτικής.

Οι διαφορές μορφές πάγου σχηματίζονται σε διαφορετικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, και διαφέρουν ως προς τη διάταξη των μορίων νερού στο κρυσταλλικό πλέγμα.

Η τελευταία και 17η γνωστή στερεά φάση του νερού είναι ο «πάγος XVI» που δημιούργησαν επιστήμονες στο γερμανικό Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν.

Ο πάγος XVI έχει μικρότερη πυκνότητα από όλους τους υπόλοιπους πάγους νερού, μόλις 0,81 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, παραμένει ωστόσο ασαφές αν υπάρχει στη φύση.

Μοιάζει με κλουβί που μπορεί να παγιδεύει άλλα μόρια στο εσωτερικό του. Αντίστοιχες δομές πάγου, οι λεγόμενοι κλαθρίτες, συναντώνται στα βάθη των ωκεανών όπου διατηρούνται παγιδευμένες τεράστιες ποσότητες μεθανίου.

Σύμφωνα με την έκθεση 2007 World Energy Outlook, η συνολική ποσότητα του παγιδευμένου σε κλαθρίτες μεθανίου στα βάθη των ωκεανών ξεπερνά κατά πολύ τα απολήψιμα αποθέματα συμβατικού άνθρακα με τη μορφή λιθάνθρακα, αργού πετρελαίου ή φυσικού αερίου.

Η αξιοποίηση αυτών των κοιτασμάτων θεωρείται δύσκολη προς το παρόν, αλλά αποτελεί ένα πεδίο εντατικής έρευνας.

Photo: Ουρανός και Ποσειδώνας

econews

Σχόλια