|
|
|
Σε έναν ιδιόμορφο πάγο, οι πυρήνες υδρογόνου περιφέρονται σαν ελεύθεροιΠηγή: Physics Review Focus, Μάιος 2005 |
|
Σε υψηλές θερμοκρασίες, και κάτω από πολύ μεγάλες πιέσεις, οι πυρήνες των υδρογόνων μετακινούνται και άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα, όπως συμβαίνει και με τα ηλεκτρόνια μέσα σε ένα μέταλλο. Αυτό ισχυρίζεται μια ομάδα φυσικών και χημικών στο περιοδικό Physics Review Letters της 1ης Απριλίου 2005. Μέσα από πειράματα και εξομοιώσεις στον υπολογιστή, η ομάδα βρήκε καθαρές ενδείξεις μιας στερεάς υπεριονικής κατάστασης του νερού. Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να εξηγήσει τι είναι εκείνο που δημιουργεί τα μαγνητικά πεδία στους πλανήτες Ποσειδώνα και Ουρανό. Οι πλανήτες αυτοί περιέχουν μεγάλες ποσότητες "πολύ θερμού πάγου" στο βάθος τους.
Καυτός πάγος. Σε υψηλές θερμοκρασίες, ο πάγος παραμένει στερεός ακόμα και σε χιλιάδες βαθμούς Kelvin, καθώς δείχνει το δείγμα πάγου που βρίσκεται πάνω σε μια αδαμάντινη επιφάνεια |και ακτινοβολεί. Σε ακραίες συνθήκες, το νερό μεταβαίνει μεταξύ της υγρής και της συνήθους στερεάς κατάστασης περνώντας από μια ενδιάμεση ηλεκτρικά αγώγιμη κατάσταση.(Βλέπε και τα παρακάτω video) Οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει υπερ-ιονικές καταστάσεις σε άλλα υλικά. Σε μερικούς κρυστάλλους, κάποια φορτισμένα άτομα μπορούν να κινηθούν ελεύθερα, ενώ άλλα άτομα παραμένουν σταθερά μέσα στο πλέγμα. Εξομοιώσεις σε υπολογιστές, κατά τη δεκαετία του 1980 και του 1990 δείχνουν ότι μια παρόμοια φάση μπορεί να συμβεί και για το νερό. Τα άτομα του οξυγόνου θα παγώσουν σε ένα ακανόνιστο πλέγμα, ενώ οι πυρήνες υδρογόνου - καθένας από τους οποίους αποτελείται από ένα μόνο πρωτόνιο - μπορούν να μεταπηδούν από το ένα οξυγόνο στο άλλο. τα μετακινούμενα πρωτόνια μπορούν να άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα, κάτι που δεν μπορεί να κάνει το καθαρό νερό ή ο πάγος σε συνηθισμένες συνθήκες. Πειράματα που περιλαμβάνουν τη δημιουργία ωστικών κυμάτων κατόπιν εκρήξεων έχουν δείξει την ύπαρξη ηλεκτρικής αγωγιμότητας σε νερό, αλλά δεν μπόρεσαν να επιβεβαιώσουν την ύπαρξη υπέρ-ιονικής κατάστασης. Ο Alexander Goncharov του εθνικού εργαστηρίου Lawrence Livermore στην Καλιφόρνια και οι συνεργάτες του έχουν κάνει νέες εξομοιώσεις σε υπέρ- υπολογιστές, οι οποίες προβλέπουν μια υπέρ-ιονική κατάσταση για το νερό, αλλά σε λιγότερο ακραίες συνθήκες από αυτές που πιστεύαμε αρχικά. Για να ελέγξουν τα μοντέλα τους, η ομάδα συμπίεσε μια σταγόνα νερού μεταξύ δύο ακίδων από διαμάντι σε πιέσεις εκατοντάδων χιλιάδων ατμοσφαιρών, όπου το νερό σχηματίζει πάγο ακόμα και σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι ερευνητές τότε έλιωσαν τον μίνι κύβο από πάγο, θερμαίνοντάς τον με τη δέσμη ενός λέιζερ σε θερμοκρασία άνω των 1000 βαθμών Kelvin. Για να μετρήσουν το σημείο τήξεως, κατέγραψαν τις μοριακές ταλαντώσεις παρατηρώντας τη σκέδαση μιας άλλης δέσμης λέιζερ από τα άτομα. Επρόκειτο για μια πραγματικά πρωτότυπη διάταξη. Πάνω από μια κρίσιμη πίεση περίπου ενός εκατομμυρίου ατμοσφαιρών, οι μοριακές ταλαντώσεις έδειξαν δύο απότομες μεταβολές σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια της θέρμανσης, αντί για μια μόνο μεταβολή του στο σημείο τήξης. Μια ενδιάμεση κατάσταση μεταξύ του συνηθισμένου πάγου και του υγρού νερού εμφανίστηκε ακριβώς εκεί όπου οι εξομοιώσεις πρόβλεπαν την ύπαρξη μιας υπέρ-ιονικής κατάστασης. Η ομάδα δεν έχει άμεση απόδειξη ότι η ενδιάμεση φάση είναι υπέρ-ιονική, αλλά αν οι εξομοιώσεις είναι σωστές, τα πρωτόνια μπορούν να κινηθούν ελεύθερα με μεγάλες ταχύτητες και να άγουν τον ηλεκτρισμό. Θα μπορούσαν επίσης να δικαιολογήσουν τα ηλεκτρικά ρεύματα που απαιτούνται για την παραγωγή των μαγνητικών πεδίων μεγάλης έντασης, τα οποία ανακάλυψε ο διερευνητής της NASA Voyager 2, στους πλανήτες Ποσειδώνα και Ουρανό. "Προηγούμενα, υπήρχαν μόνο σκέψεις, ότι αυτά τα ρεύματα σχετίζονταν με την ύπαρξη υγρής φάσης" λέει ο Goncharov, αλλά η νέα εργασία υπαινίσσεται ότι η υπέρ-ιονική φάση μπορεί να υπάρχει στις πιέσεις που επικρατούν στο εσωτερικό των πλανητών αυτών. "Τα αποτελέσματα είναι ένα μεγάλο βήμα προς την κατανόηση της συμπεριφοράς του νερού σε ακραίες συνθήκες" λέει ο Anders Nielsson του εργαστηρίου ακτινοβολίας σύγχροτρον στο Stanford. Ο Russell Hemley του ινστιτούτου Carnegie στην Washington, DC συμφωνεί. "Πρόκειται για πολύ καλές μετρήσεις και υπολογισμούς, αλλά χρειάζεται κι άλλη δουλειά για να πιστοποιηθεί η υπέρ-ιονική κατάσταση." Ο ίδιος λέει ότι μια οριστική απόδειξη θα προέλθει μόνο από μια άμεση μέτρηση της αγωγιμότητας. Ο ίδιος επίσης υποδεικνύει ότι ο μανδύας της Γης μπορεί να περιέχει σημαντικές ποσότητες νερού, μέρος του οποίου μπορεί να είναι στην υπέρ-ιονική κατάσταση. Ο Hemley και οι συνεργάτες του πρόσφατα κατέγραψαν πειραματικά δεδομένα παρόμοια με αυτά του Goncharov, αλλά η ομάδα του δεν έχει δημοσιεύσει ακόμα τα αποτελέσματα αυτά. Μπορείτε να δείτε μια μικροσκοπική εικόνα σε μια από τις ακίδες από διαμάντι,
η οποία δείχνει το δείγμα πάγου να έχει θερμανθεί σε χιλιάδες βαθμούς Kelvin.
|
||
|
