Šiuo atradimu sunku patikėti net mokslininkams: Urano viduje gali egzistuoti neįprasta materija

Urano ir Neptūno vidus, nors iš tolo primena ramias melsvas planetas, gali būti vienas chaotiškiausių Saulės sistemoje. Tyrėjai skaičiavimais rodo, kad jų gelmėse dėl milžiniško slėgio ir tūkstantinių temperatūrų gali susidaryti iki šiol neaprašyta medžiagos būsena.

Naujausiame tyrime, publikuotame Nature Communications, aprašoma vadinamoji kvazi vienmatė superjoninė fazė. Paprastai tariant, tai būsena, kai dalis medžiagos išlieka kietos gardelės pavidalo, o kita dalis joje juda beveik kaip skystyje, tačiau labai kryptingai.

Kas vyksta ledo milžinių viduje?

Mokslininkai seniai pabrėžia, kad ledo milžinai nėra sudaryti iš įprasto ledo, kokį matome Žemėje. Jų mantijoje vyrauja karštas, tankus vandens, amoniako ir metano mišinys, kuris esant dideliam slėgiui elgiasi visiškai kitaip nei įprastomis sąlygomis.

Problema ta, kad tokias sąlygas laboratorijoje atkurti itin sudėtinga: kalbama apie slėgį, tūkstančius kartų viršijantį Žemės atmosferos slėgį jūros lygyje, ir temperatūras, galinčias išlydyti daugumą talpų. Dėl to vis dažniau remiamasi pažangiomis kvantinės mechanikos simuliacijomis, kurios leidžia modeliuoti medžiagą nuo pirmųjų principų.

Keistas anglies ir vandenilio junginys

Modeliavimas rodo, kad esant ypač dideliam slėgiui anglis ir vandenilis gali sudaryti stabilų junginį su neįprasta struktūra. Anglies atomai sudaro standžią kietą gardelę, panašią į mikroskopinę spiralę, o vandenilio atomai tampa judresni.

Kai temperatūra pakyla iki maždaug 1 000–3 000 kelvinų, ši medžiaga, pasak autorių, pereina į superjoninę būseną. Skirtumas nuo geriau žinomo superjoninio vandens ledo tas, kad čia gardelę sudaro ne deguonis, o anglis.

Esminė detalė ta, kad vandenilis gardelėje juda labai nevienodai. Skaičiavimai leidžia manyti, kad jis lengviau sklinda viena kryptimi išilgai spiralės ašies, o kitomis kryptimis labiau sukasi nei slenka, todėl būsena įvardijama kaip kvazi vienmatė.

Kodėl tai svarbu Urano ir Neptūno paslapčiai?

Tokia medžiaga būtų anisotropinė, tai yra jos savybės priklausytų nuo krypties. Tai reikštų, kad šilumos ir elektros laidumas vienomis kryptimis galėtų būti gerokai didesnis nei kitomis, o tai keistų įprastas prielaidas, kaip energija ir krūviai juda planetų viduje.

Šis aspektas svarbus aiškinant neįprastus Urano ir Neptūno magnetinius laukus, kurie yra smarkiai pasvirę ir paslinkti nuo planetų sukimosi ašies. Tradiciniai modeliai dažnai remiasi prielaida, kad laidumas planetų gelmėse yra gana tolygus, tačiau kryptinis laidumas galėtų geriau atitikti stebimus duomenis.

Tyrėjai pabrėžia, kad anglies ir vandenilio sistema yra supaprastintas realios planetų chemijos modelis. Vis dėlto tokie skaičiavimai plečia supratimą, kokios egzotiškos būsenos gali egzistuoti ekstremaliose sąlygose, ir padeda tikslinti scenarijus, kaip formuojasi ir veikia ledo milžinai.