Γιγάντιοι πλανήτες μπορεί να έχουν υπεριοντικό νερό

Πηγή: Nature, 21 Μαρτίου 2005

Οι γιγάντιοι πλανήτες μπορούν να έχουν υπεριοντικό νερό, μια παράξενη κατάσταση στην οποία είναι τόσο σκληρό όσο και ο σίδηρος ενώ όταν καίγεται εκπέμπει κίτρινο φως.

Χημικοί έχουν αναδημιουργήσει με τη βοήθεια προσομοιώσεων τις συνθήκες μέσα στους γιγάντιους πλανήτες του ηλιακού συστήματος μας. Και έδειξαν ότι το νερό μέσα σε πλανήτες, όπως είναι ο Ποσειδώνας, δρα  πράγματι πολύ παράξενα.

Οι συνθήκες σε τέτοιους πλανήτες είναι ακραίες: η θερμοκρασία είναι πάνω από 1.000 ºC και η πίεση περίπου 100.000 φορές την ατμοσφαιρική. Οι συνηθισμένες ουσίες θα μπορούσαν να συμπεριφερθούν με πολύ παράξενους τρόπους μέσα σε αυτά τα καυτά περιβάλλοντα. Και αυτό συμβαίνει και με το νερό, όπως δείχνει η μοντελοποίηση σε υπολογιστές, αλλά  και οι πραγματικές πειραματικές μελέτες.

Είχε προβλεφθεί εδώ και κάποια χρόνια ότι το νερό κάτω υπό τέτοιους όρους θα δρούσε ούτε ως απλό στερεό ούτε ως υγρό αλλά θα βρισκόταν σε μια "υπεριοντική" φάση, στην οποία τα άτομα του οξυγόνου είναι ουσιαστικά παγωμένα, αλλά τα άτομα του υδρογόνου θα μπορούν να κινούνται με πολύ υψηλή ταχύτητα.

Μπορούμε καλύτερα να σκεφτούμε το νερό σαν ένα δικτυωτό πλέγμα από άτομα οξυγόνου, που είναι βασικά σταθερό, αλλά τα άτομα υδρογόνου είναι ελεύθερα να κινηθούν.

Ο Laurence Fried, στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore στην Καλιφόρνια, αποφάσισε να δημιουργήσει νερό σε αυτή την υπεριοντική μορφή. Για να δημιουργήσει τις τεράστιες πιέσεις που ήθελε, η ομάδα του χρησιμοποίησε μια συσκευή που 'συνέθλιψε' το νερό μεταξύ δύο διαμαντιών. Έπειτα θέρμανε το νερό με μια υπέρυθρη ακτίνα λέιζερ.

Καθώς το έκαναν, οι ερευνητές έλεγχαν τη συχνότητα ταλάντωσης των μορίων του νερού, και παρατηρούσαν αν υπήρχαν απότομες μετατοπίσεις (μεταβολές) στη συχνότητα. Κάτι  που θα έδειχνε ότι το νερό είχε αλλάξει την κατάσταση του, ή τη "φάση" του. "Εξετάζοντας το με αυτό τον τρόπο είμαστε σε θέση να καθορίσουμε τα όρια της φάσης, αλλά δεν ξέρουμε πραγματικά τι είναι στην άλλη πλευρά του ορίου", λέει ο Fried.

Οι ερευνητές μελέτησαν επίσης σε μοντέλα υπολογιστών τη συμπεριφορά των ατόμων, που έδειξαν ότι το νερό είχε μπει πράγματι σε μια υπεριοντική φάση, μια παράξενη κατάσταση μεταξύ του στερεού και του υγρού. Η ανάλυση μιας ομάδας περίπου 60 προσομοιωμένων ατόμων κράτησε εβδομάδες, και απαίτησε γι αυτό υπολογιστική ισχύ ισοδύναμη με 1.000 lap-top.

Το μοντέλο έδειξε ότι καθώς η θερμοκρασία και η πίεση αυξανόταν, τα μόρια διασπάστηκαν, δημιουργώντας μια μη-μοριακή κατάσταση που είναι πυκνότερη από τον κανονικό πάγο. Και μάλιστα, μετατοπίζεται στην υπεριοντική κατάσταση. Είναι δύσκολο κάποιος να το φανταστεί, αναγνωρίζει ο Fried. "Είναι καλύτερα να το σκεφτεί ως ένα δικτυωτό πλέγμα των οξυγόνων, που είναι βασικά σταθερά, αλλά τα άτομα υδρογόνου είναι ελεύθερα να κινηθούν", εξηγεί.

Εάν φέρνατε τέτοιο νερό σε ένα κανονικό δωμάτιο στη Γη, θα εκρηγνυόταν. Αλλά μέσα σε έναν γίγαντα πλανήτη θα ήταν σκληρό όπως ο σίδηρος και τόσο καυτό που θα καιγόταν με ένα φωτεινό κίτρινο χρώμα. Ο Fried παρουσίασε την εργασία του στη συνεδρίαση της Αμερικανικής Ένωσης Χημικών την προηγούμενη εβδομάδα στο Σαν Ντιέγκο.

"Νομίζω ότι είναι πολύ καλή εργασία, και το γεγονός ότι έχουν κάνει προσομοιώσεις, καθώς επίσης και πειραματική εργασία την κάνουν μια πολύ αξιόπιστη ιστορία", λέει ο Russell Hemley, ο οποίος μελετά χημεία υψηλής πίεσης στο Γεωφυσικό Εργαστήριο του Ιδρύματος Carnegie στην Ουάσιγκτον. Προσθέτει δε ότι θα επιθυμούσε να δει ότι πιο άμεσα στοιχεία για την ύπαρξη του υπεριοντικού νερού στο εργαστήριο. Ο  Fried συμφωνεί με αυτόν, και λέει ότι στοχεύει να μετρήσει με ποια ταχύτητα η θερμότητα διαδίδεται μέσω της ουσίας.

Εάν το υπεριοντικό νερό πραγματικά υπάρχει στις καρδιές των γιγαντιαίων αέριων πλανητών, σκέπτεται ο Fried, μπορεί να υπάρχει η μορφή αυτή σε μεγαλύτερη ποσότητα στο ηλιακό μας σύστημα, από ό,τι υπάρχουν οι άλλες γνωστές μορφές του νερού. Αυτός προσθέτει δε, ότι η ενδεχομένως άριστη ηλεκτρική αγωγιμότητά του μπορεί να είναι η αιτία για τα τεράστια μαγνητικά πεδία πλανητών, όπως ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός.