В недрах этих планет царит колоссальное давление – свыше 230 гигапаскалей, что в два миллиона раз превышает земное, а температура достигает 1800 кельвинов. В такой среде вода не может существовать ни в жидком, ни в привычном твердом виде. Она переходит в так называемое суперионное состояние. Его уникальность заключается в том, что атомы кислорода формируют жесткий каркас, сквозь который свободно перемещаются ядра водорода, подобно частицам в жидкости. Такая структура делает этот «горячий лед» отличным проводником электричества.
Чтобы зафиксировать эту фазу, ученые использовали алмазную наковальню – устройство, сжимающее микроскопические образцы между двумя сверхтвердыми кристаллами. Образец дополнительно нагревали лазерами. Структуру вещества анализировали методом рентгеновской дифракции на базе Европейского центра синхротронного излучения. Выяснилось, что при указанных параметрах кислородная решетка принимает гексагональную плотноупакованную (ГПУ) структуру. Эта фаза становится доминирующей, вытесняя кубическую гранецентрированную (ГЦК), когда давление переваливает за 200 гигапаскалей.
«Мы сообщаем о однозначном наблюдении новой фазы льда H₂O, имеющей гексагональную плотноупакованную кислородную подрешетку», – заявили авторы работы в публикации журнала Physical Review Letters.
Эта находка имеет прямое отношение к планетологии. Считается, что именно электропроводящие слои суперионной воды генерируют странные, асимметричные магнитные поля ледяных гигантов, которые сильно смещены относительно их центров. Понимание точной кристаллической структуры этого слоя позволит создать более точные модели внутреннего строения Урана и Нептуна, объяснив природу их уникальной геофизики.
