Jernatomer danser sandsynligvis inden i Jordens faste indre kerne. Men varm, sort, tung is - der både er fast og flydende på samme tid - dannes sandsynligvis inden i de vandrige gasplaneter, Uranus og Neptun.
For seks år siden genskabte forskere denne eksotiske is, der kaldes for superionisk is, for første gang i laboratorieforsøg. Og for fem år siden bekræftede de dens eksistens og krystalstruktur. Forrige år opdagede forskere fra flere universiteter i USA og Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) en ny fase af superionisk is.
Deres opdagelse uddyber forståelsen af, hvorfor Uranus og Neptun har så skæve magnetfelter med flere poler. På Jorden virker vand som et simpelt molekyle bestående af et iltatom og to brintatomer, som fastlægger sig i en fast position, når vand fryser.
Superionisk is er anderledes og kan være en af de mest udbredte former for vand i Universet. Formodentlig fylder den indre dele af Uranus, Neptun og lignende exoplaneter. Disse planeter har et ekstremt tryk på 2 millioner gange Jordens atmosfære og et indre så varme som Solens overflade, hvorfor deres vand opfører sig mærkeligt.
Forskere bekræftede i 2019, hvad fysikere forudsagde i 1988. En struktur, hvor iltatomerne i superionisk is er låst i et fast kubisk gitter, mens de ioniserede brintatomer flyder gennem gitteret som elektroner gennem metaller.
Dette giver superionisk is dens ledende egenskaber og hæver dens smeltepunkt, så det forbliver fast ved ekstreme temperaturer. I det seneste studie bombarderede fysiker Arianna Gleason fra Stanford University og kolleger tynde skiver af vand, klemt mellem to diamantlag, med kraftige lasere.
Efterfølgende chokbølger hævede trykket til 200 GPa (2 millioner atmosfærer) og temperaturer op til omkring 5.000 K (8.500 °F). Derfor blev det endnu varmere end eksperimenterne i 2019, men det skete ved lavere tryk.
"Nyere opdagelser af vandrige Neptun-lignende exoplaneter kræver en mere detaljeret forståelse af fasediagrammet for vand ved forhold mellem tryk og vand, der er relevante for deres planetariske indre," sagde Gleason og kollegerne i deres artikel.
Røntgendiffraktionen afslørede derefter den varme, tætte is' krystalstruktur, selvom tryk- og temperaturforholdene kun blev opretholdt i en brøkdel af et sekund.
De resulterende diffraktionsmønstre bekræftede, at iskrystallerne faktisk var en ny fase, der adskilte sig fra superionisk is observeret i 2019. Den nyligt opdagede superioniske is, Ice XIX, har en centralt kubisk struktur og øget ledningsevne sammenlignet med sin forgænger fra 2019, Ice XVIII.
Ledningsevne er vigtig her, da bevægende ladede partikler genererer magnetfelter. Dette er grundlaget for dynamoteorien, som beskriver, hvordan hvirvlende ledende væsker, såsom Jordens kappe eller inde i en anden himmellegeme, giver anledning til magnetfelter.
Hvis mere af en Neptun-lignende isgigants indre var optaget af en blød fast masse og mindre af en hvirvlende væske, ville det ændre typen af det producerede magnetfelt.
Og hvis planetens kerne havde to superioniske lag med forskellig ledningsevne, som Gleason og kolleger foreslog, at Neptun måske indeholder, ville magnetfeltet genereret af det ydre væskelag interagere forskelligt med hvert af dem. Dette ville gøre tingene endnu mærkeligere.
Gleason og kolleger konkluderede, at den forbedrede ledningsevne i et lag af superionisk is som Ice XIX ville fremme genereringen af skæve, multipolare magnetfelter som dem, der udspringer fra Uranus og Neptun.
Hvis det er tilfældet, ville det være et tilfredsstillende resultat mere end 30 år efter, at NASA's Voyager II-rumsonde, fløj forbi vores solsystems to isgiganter og målte deres meget usædvanlige magnetfelter.
