Lo strano tipo di ghiaccio che si scioglie solo a temperature estremamente calde

Succedono eventi anomali sugli altri pianeti, dove elementi a noi familiari sono soggetti a temperature estremamente calde. A volte, realtà che noi diamo per scontate, come il ghiaccio, sugli altri corpi celesti si comportano in una maniera che potremmo definire anomala se seguiamo le nostre abitudini e punti di vista terrestri. E in questo caso ci riferiamo proprio al ghiaccio di giganti gassosi d’acqua come Urano e Nettuno.

Cinque anni fa gli scienziati hanno provato a ricreare in laboratorio questo ghiaccio “esotico”, chiamato ghiaccio superionico: quattro anni fa ne hanno confermato l’esistenza e la struttura cristallina. Poi, proprio lo scorso anno, i ricercatori di diverse università statunitensi e del laboratorio Stanford Linear Accelerator Center in California (SLAC) hanno scoperto una nuova fase di ghiaccio superionico.

Il ghiaccio ci fa conoscere di più su Urano e Nettuno

La scoperta da parte degli scienziati approfondisce la nostra comprensione del motivo per cui Urano e Nettuno hanno campi magnetici così sbilanciati con poli multipli. Noi terresttri meditiamo l’acqua come una semplice molecola a forma di gomito composta da un atomo di ossigeno legato a due idrogeni che si stabiliscono in una posizione fissa quando essa ghiaccia. Il ghiaccio superionico è stranamente diverso, eppure potrebbe essere tra le forme di acqua più abbondanti nell’Universo: si presume riempia non solo l’interno di Urano e Nettuno, ma anche di esopianeti simili.

Come informa Science Alert, questi pianeti hanno pressioni estreme pari a 2 milioni di volte l’atmosfera terrestre e interni caldi quanto la superficie del Sole, ed è qui che l’acqua diventa strana. Gli scienziati hanno confermato nel 2019 ciò che i fisici avevano previsto nel 1988: una struttura in cui gli atomi di ossigeno nel ghiaccio superionico sono bloccati in un reticolo cubico solido, mentre gli atomi di idrogeno ionizzato vengono lasciati liberi, scorrendo attraverso quel reticolo come gli elettroni attraverso i metalli. Ciò conferisce al ghiaccio superionico le sue proprietà conduttive. Inoltre aumenta il suo punto di fusione in modo tale che l’acqua ghiacciata rimanga solida a temperature bollenti.

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Lo studio di Arianna Gleason

In questo ultimo studio, la fisica Arianna Gleason della Stanford University e colleghi hanno bombardato sottili frammenti d’acqua, inseriti tra due strati di diamante, con alcuni laser dalla potenza molto limitata. Le successive onde d’urto hanno aumentato la pressione a 200 GPa (2 milioni di atmosfere) e le temperature fino a circa 5.000 K (8.500 ° F), più calde delle temperature degli esperimenti del 2019, ma a pressioni inferiori. “Le recenti scoperte di esopianeti simili a Nettuno ricchi di acqua richiedono una comprensione più dettagliata del diagramma di fase [dell’acqua nda] in condizioni di pressione-temperatura rilevanti per i loro interni planetari”, spiegano Gleason e colleghi nel loro articolo, del gennaio 2022.

La scoperta

La diffrazione dei raggi X ha poi rivelato la struttura cristallina del ghiaccio caldo e denso, nonostante le condizioni di pressione e temperatura fossero mantenute solo per una frazione di secondo. I modelli di diffrazione risultanti hanno confermato che i cristalli di ghiaccio erano in realtà una nuova fase distinta dal ghiaccio superionico osservato nel 2019. Il ghiaccio superionico appena scoperto, Ice XIX, ha una struttura cubica centrata sul corpo e una maggiore conduttività rispetto al suo predecessore del 2019, Ice XVIII.

L’importanza della conduttività

La conduttività è importante qui perché le particelle cariche in movimento generano campi magnetici. Questa è la base della teoria della dinamo, che descrive come lo sbattimento di fluidi conduttivi, come il mantello terrestre o all’interno di un altro corpo celeste, dà origine a campi magnetici.

Se l’interno di un gigante di ghiaccio simile a Nettuno fosse assorbito da un solido pastoso e meno da un liquido vorticoso, allora cambierebbe il tipo di campo magnetico prodotto. E se verso il suo nucleo quel pianeta avesse due strati superionici di diversa conduttività, come Gleason e colleghi suggeriscono che Nettuno potrebbe contenere, allora il campo magnetico generato dallo strato liquido esterno interagirebbe con ciascuno di essi in modo diverso, rendendo le cose ancora più strane.

Fonte:  Scientific Reports