Согласно новому компьютерному моделированию Конга Лю и Рональда Коэна из Карнеги, недра ледяных планет-гигантов, таких как Уран и Нептун, могут быть домом для ранее неизвестного состояния материи. Их работа, опубликованная в журнале Nature Communications, предсказывает, что квазиодномерное суперионное состояние гидрида углерода существует при экстремальных давлениях и температурах, наблюдаемых глубоко внутри этих тел из внешней Солнечной системы.
Открыто более 6000 экзопланет. По мере того как эти цифры растут, астрономы, планетологи и ученые Земли пересекают дисциплинарные границы, объединяя наблюдения, эксперименты и теории, чтобы определить и изучить факторы, которые помогают нам понять динамические процессы, которые их формируют, включая генерацию магнитных полей.
Таким образом, растет интерес к пониманию процессов, происходящих глубоко под поверхностью планет и спутников нашей Солнечной системы, что может способствовать нашему пониманию динамики планет и даже обитаемости планет в более отдаленных соседних системах.
Измерения плотности Урана и Нептуна показывают, что недра этих планет-гигантов содержат промежуточные слои нетрадиционных «горячих льдов».
которые лежат под атмосферными оболочками из водорода и гелия и над их каменистыми ядрами. Считается, что эти слои состоят из воды (H2O), метана (CH4) и аммиака (NH4), но из-за экстремальных условий предполагается, что могут возникнуть экзотические фазы.
Физика в этих регионах с высоким давлением и высокой температурой может привести к нетрадиционным состояниям материи, поэтому теоретики и экспериментаторы пытаются предсказать и воспроизвести то, что можно там обнаружить.
Используя высокопроизводительные вычисления и машинное обучение, Лю и Коэн выполнили фундаментальное квантово-физическое моделирование гидрида углерода (CH) при давлениях в диапазоне от почти 5 миллионов до почти 30 миллионов раз атмосферного давления (от 500 до 3000 гигапаскалей) и при температурах от 6740 до 10340 градусов по Фаренгейту (от 4000 до 6000 Кельвинов).
Их инструменты предсказали появление упорядоченной гексагональной структуры, в которой атомы водорода движутся по винтовым траекториям, создавая квазиодномерное суперионное состояние.
Суперионные материалы занимают необычное промежуточное положение между твердыми телами и жидкостями — атомы одного типа остаются расположенными в кристаллической структуре, а другой становится подвижным.
«Эта недавно предсказанная углеродно-водородная фаза особенно впечатляет, потому что движение атомов не является полностью трехмерным», — объяснил Коэн. «Вместо этого водород движется преимущественно по четко определенным спиральным траекториям, встроенным в упорядоченную углеродную структуру».
Это направление движения имеет важные последствия для того, как тепло и электричество движутся внутри планет. Такое поведение может повлиять на перераспределение внутренней энергии, электропроводность и, возможно, на интерпретацию генерации магнитного поля у ледяных гигантов.
Их результаты также расширяют наше понимание поведения простых соединений в экстремальных условиях, предполагая, что даже простые системы могут организовываться в неожиданно сложные фазы.
«Углерод и водород являются одними из наиболее распространенных элементов в планетарных материалах, но их совместное поведение в условиях планет-гигантов еще далеко от полного понимания», — заключил Лю.
Помимо недр планет, способность идентифицировать узконаправленные эмерджентные явления в конденсированном веществе может иметь значение для материаловедения и инженерии.
за важными делами в течение дня следите за нами также в .
