Введение
Недра планет-гигантов Нептуна и Урана продолжают удивлять ученых своими экзотическими условиями. Новые вычислительные симуляции, проведенные исследователями из Института Карнеги, указывают на возможное существование уникального состояния материи, известного как суперионное состояние углеродного гидрида.
Суперионные состояния материи
Суперионное состояние материи представляет собой промежуточное состояние между твердыми и жидкими веществами. В этом состоянии один тип атомов сохраняет кристаллическую структуру, в то время как другой становится подвижным. Исследования показывают, что под экстремальными условиями, существующими в недрах этих планет, могут возникать совершенно новые фазы вещества.
Экзотические льды Нептуна и Урана
Измерения плотности этих ледяных гигантов указывают на наличие промежуточных слоев, состоящих из так называемых «горячих льдов», которые находятся под атмосферными оболочками из водорода и гелия. Эти слои, как предполагается, состоят из воды (H2O), метана (CH4) и аммиака (NH4), но в условиях высокого давления и температуры могут образовываться экзотические фазы.
Моделирование углеродного гидрида под давлением
Исследователи Конг Лю и Рональд Коэн применили высокопроизводительные вычисления и машинное обучение для моделирования углеродного гидрида (CH) при давлениях от 5 до 30 миллионов атмосфер (от 500 до 3000 гигапаскалей) и температурах от 3740 до 5730 градусов Цельсия (от 4000 до 6000 К). Их результаты показали появление упорядоченной гексагональной структуры, в которой атомы водорода движутся по спиральным путям, создавая квазиизмеримое суперионное состояние.
Последствия для внутренних структур планет
Направленное движение атомов водорода имеет важные последствия для теплопередачи и электрической проводимости в недрах планет. Это может повлиять на перераспределение энергии внутри планет, а также на интерпретацию процесса генерации магнитных полей в ледяных гигантах. Исследование также расширяет наши представления о поведении простых соединений при экстремальных условиях, показывая, что даже простые системы могут организовываться в неожиданно сложные фазы.
Заключение
Углерод и водород являются одними из самых распространенных элементов в планетных материалах, но их совместное поведение при условиях гигантских планет остается недостаточно изученным. Работа, проведенная Конгом Лю и Рональдом Коэном, открывает новые горизонты в исследовании планетарной динамики и материаловедения, подчеркивая важность дальнейших исследований в этой области.
Ученые обнаружили невероятное: в недрах ледяных гигантов может существовать суперионное состояние материи, где атомы движутся по спиральным траекториям. Это открывает новое понимание того, как работают магнитные поля далеких планет и как ведет себя материя в экстремальных условиях, недостижимых на Земле.
Российские космические исследования активно изучают планеты-гиганты, а результаты международных симуляций помогают уточнить модели зондов и спектрометров. Понимание экзотических состояний материи важно и для земной науки — от материаловедения до поиска новых источников энергии.
