โดย เอลิซาเบธ โฮเวลล์ เผยแพร่เมื่อวันที่ 21 เมษายน 2018
ภาพที่บาคาร่ารวมเวลาของการทดลองแรงดันสูงที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์เพื่อผลิตน้ําแข็งซูเปอร์ไอออน (เครดิตภาพ: M. Millot/E. Kowaluk/J.Wickboldt/LLNL/LLE/NIF)
มีทั้งของแข็งและของเหลว มีความหนาแน่นมากกว่าน้ําแข็งธรรมดาถึง 60 เท่า และก่อตัวขึ้นที่อุณหภูมิเกือบร้อนพอๆ กับพื้นผิวของดวงอาทิตย์
มันเป็นน้ําแข็งซูเปอร์ไอออน — และเป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้ทํามันในห้องปฏิบัติการ
รูปแบบความกดอากาศสูงของน้ําแข็งน้ํานี้ได้รับการคิดว่ามีอยู่ในการตกแต่งภายในของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน แต่จนถึงขณะนี้การดํารงอยู่ของมันเป็นเพียงทฤษฎีเท่านั้น”งานของเราให้หลักฐานการทดลองสําหรับน้ําแข็ง superionic และแสดงให้เห็นว่าการคาดการณ์เหล่านี้ไม่ได้เกิดจากสิ่งประดิษฐ์ในการจําลอง แต่จับพฤติกรรมพิเศษของน้ําในสภาวะเหล่านั้นได้จริง” Marius Millot นักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore ในแคลิฟอร์เนียกล่าวในแถลงการณ์จากห้องปฏิบัติการ Millot เป็นผู้นําผู้เขียนการศึกษาใหม่ที่อธิบายงานนี้
นักวิทยาศาสตร์ทํานายครั้งแรกถึงการมีอยู่ของเฟสน้ําแปลก ๆ ที่ทําให้สารทั้งของแข็งและของเหลวในเวลาเดียวกันเมื่อ 30 ปีก่อน นอกจากนี้ยังหนาแน่นกว่าน้ําแข็งน้ําธรรมดาเพราะก่อตัวขึ้นภายใต้ความร้อนและความดันสูงเท่านั้นเช่นที่พบในดาวเคราะห์ยักษ์ ในช่วง superionic ไฮโดรเจนและออกซิเจนภายในโมเลกุลของน้ํามีพฤติกรรมแปลกประหลาด ไอออนไฮโดรเจนเคลื่อนที่เหมือนของเหลวภายในผลึกแข็งขัดแตะของออกซิเจน [ฟิสิกส์ที่แปลกประหลาดอย่างน่าประหลาดใจของน้ํา]
การทําน้ําแข็งนั้นซับซ้อน ขั้นแรกทีมบีบอัดน้ําลงในน้ําแข็งผลึกลูกบาศก์ที่แข็งเป็นพิเศษในรูปแบบผลึกที่แตกต่างจากที่คุณเห็นในก้อนน้ําแข็งธรรมดา ในการทําเช่นนั้นนักวิจัยใช้เซลล์ทั่งเพชรเพื่อใช้ความดัน 360,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (2.5 กิกะปาสกาล (GPa) นั่นคือประมาณ 25,000 เท่าของความดันบรรยากาศบนโลก) จากนั้นนักวิจัยได้ให้ความร้อนและบีบอัดเซลล์ให้ดียิ่งขึ้นโดยใช้แรงกระแทกที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์ โครงสร้างน้ําแข็งคริสตัลแต่ละอันได้รับลําแสงเลเซอร์มากถึงหกดวงที่มีแรงดันสูงมากกว่า 100 เท่า
”เนื่องจากเราอัดน้ําไว้ล่วงหน้า จึงมีความร้อนจากการช็อกน้อยกว่าน้ําเหลวโดยรอบที่ถูกบีบอัดด้วยแรงกระแทก” Millot วิธีการใหม่นี้ช่วยให้นักวิจัย “เข้าถึงสภาวะที่เย็นกว่ามากที่ความดันสูงมากกว่าในการศึกษาการบีบแรงกระแทกครั้งก่อน ๆ”
เมื่อน้ําแข็ง superionic พร้อมแล้วทีมก็เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วเพื่อวิเคราะห์คุณสมบัติทางแสงและอุณหพลศาสตร์ พวกเขามีเพียง 10 ถึง 20 นาโนวินาทีในการทํางานก่อนที่คลื่นความดันจะปล่อยการบีบอัดและน้ําละลาย และผลลัพธ์ก็แปลกประหลาด พวกเขาพบว่าน้ําแข็งละลายที่ความดัน 8,540 องศาฟาเรนไฮต์ (4,725 องศาเซลเซียส) ที่ความดัน 29 ล้านปอนด์ต่อตารางนิ้ว (200 GPa) ความดันนั้นประมาณ 2 ล้านเท่าของความดันบรรยากาศบนโลก
”มันคือ … เหลือเชื่อที่น้ําแข็งน้ําแช่แข็งมีอยู่หลายพันองศาภายในดาวเคราะห์เหล่านี้
แต่นั่นคือสิ่งที่การทดลองแสดงให้เห็น” เรย์มอนด์จีนลอซผู้เขียนร่วมของการศึกษาและนักฟิสิกส์ดาวเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์กล่าวในแถลงการณ์เดียวกัน
การค้นพบใหม่นี้อาจให้มุมมองภายในภายในของดาวเคราะห์เช่นดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์แนะนําว่าอวัยวะภายในของโลกเหล่านี้ประกอบด้วยน้ํามากถึง 65 เปอร์เซ็นต์โดยมวลบวกกับแอมโมเนียและมีเธนบางส่วน
การแสดงภาพจากการจําลองด้วยคอมพิวเตอร์ที่แสดงอะตอมไฮโดรเจนไหลเหมือนของเหลวภายในตาข่ายแข็งของออกซิเจนในน้ําแข็งซูเปอร์ไอออนิก (เครดิตภาพ: เอส ฮาเมล/เอ็ม มิลลอต/เจ.วิคโบลด์ท/LLNL/NIF)
งานก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่าดาวเคราะห์เหล่านี้จะมีการตกแต่งภายในที่ถ่ายเทความร้อน “ของเหลวอย่างเต็มที่” แต่การเพิ่มน้ําแข็ง superionic จะเปลี่ยนภาพ การวิจัยใหม่นี้เสนอ “ชั้นของเหลวที่ค่อนข้างบางและ ‘เสื้อคลุม’ ขนาดใหญ่ของน้ําแข็ง superionic” นักวิจัยกล่าวในแถลงการณ์
ภาพภายในของดาวเคราะห์ยักษ์ขนาดเล็กนั้นจะยืนยันการจําลองด้วยคอมพิวเตอร์เมื่อทศวรรษที่แล้วซึ่งพยายามอธิบายสนามแม่เหล็กแปลก ๆ ที่ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน สนามแม่เหล็กของดาวยูเรนัสเอียงห่างจากแกนของดาวเคราะห์ 59 องศา ขั้วแม่เหล็กของดาวเนปจูนมีความเอียงประมาณ 47 องศา สิ่งนี้บาคาร่า
