Garip su formu Uranüs ve Neptün'ün manyetik alanlarını güçlendirebilir

Aşırı basınç ve ısı altında suyun ne katı ne de sıvı olan bir duruma dönüşmesi, Uranüs ve Neptün gezegenlerinin gizemli manyetik alanlarını açıklayabilir. Uluslararası bir araştırma ekibi, süperiyonik olarak adlandırılan bu suyun atom yapısını ilk kez tam olarak ölçtü ve bir sürprizle karşılaştı: Atomların dizilişi, önceki tüm modellerin öngördüğünden çok daha kaotik.

1,5 milyon atmosferden fazla basınç ve birkaç bin santigrat derece sıcaklıkta su, hibrit bir hal oluşturur. Oksijen atomları katı bir kafes halinde katılaşırken, hidrojen iyonları süngerdeki sıvıya benzer şekilde bu yapı içerisinde serbestçe hareket edebilir. Bu özellik, süperiyonik suyu bir elektrik iletkeni haline getirir ve bu da onun gezegensel manyetik alanlardaki önemini açıklar.

İki yüksek güçlü lazer atomik kaosu ortaya çıkarıyor

Araştırma grubu, Rostock Üniversitesi'nin katılımıyla dünyanın en güçlü iki X-ışını lazeri üzerinde deneyler gerçekleştirdi: ABD'deki LCLS ve Almanya'daki Avrupa XFEL. Su örneklerini lazer şoklarıyla sıkıştırdılar ve saniyenin trilyonda biri kadar bir sürede atom yapısının X-ışını görüntülerini aldılar.

Önceki varsayım, oksijen atomlarının kendilerini ya vücut merkezli kübik düzende ya da yüz merkezli kübik düzende (her ikisi de düzenli, düzenli yapılar) düzenledikleri yönündeydi. Ancak yeni ölçümler tamamen farklı bir tablo ortaya koyuyor: Atomlar, yüzey merkezli kübik bölgelerden ve altıgen şeklinde sıkı paketlenmiş katmanlardan oluşan karışık bir yapı oluşturuyor. Bu farklı örüntüler birbiriyle birleşerek yaygın yapısal bozukluklara yol açmaktadır.

Temiz kristaller yerine istifleme hataları

Araştırmacılar istifleme hatalarından, yani atom katmanlarının birbirinin üzerine yerleştirildiği sıradaki sapmalardan söz ediyor. ABCABC (kübik yapılara özgü) veya ABABAB (altıgen yapılara özgü) gibi düzenli bir desen yerine, her iki dizinin düzensiz bir karışımını buldular.

Nature Communications'da yayınlanan çalışma, “Bu sonuçlar, suyun – görünürdeki basitliğine rağmen – aşırı koşullar altında beklenmedik ve dikkat çekici özellikler ortaya çıkarmaya devam ettiğini gösteriyor” diyor.

Keşfin güneş sistemimizdeki buz devlerini anlama konusunda doğrudan etkileri var. Uranüs ve Neptün, Dünya veya Jüpiter'inkinden önemli ölçüde farklı olan alışılmadık derecede eğimli ve asimetrik manyetik alanlara sahiptir. Bilim insanları, bu gezegenlerin derinliklerindeki süper iyonik suyun, bu manyetik alanların oluşmasından sorumlu olduğundan şüpheleniyorlar.

Güneş sistemindeki en yaygın su şekli?

Uranüs ve Neptün büyük ölçüde sudan oluştuğu için süperiyonik su, güneş sistemindeki en yaygın su formu olabilir. İstifleme hatalarıyla birlikte şimdi keşfedilen karmaşık yapı, bu malzemenin akış özelliklerini ve elektriksel iletkenliğini ve dolayısıyla bu tür gezegenlerin içindeki dinamikleri de etkileyecektir.

Araştırmacılar, gözlemlenen bozukluğun süperiyonik suyun temel bir özelliği mi yoksa deneydeki şok benzeri sıkıştırmadan mı kaynaklandığını henüz kesin olarak açıklığa kavuşturamıyor. Bu soru hayati önem taşıyor çünkü devasa çarpışmalar, gezegenlerin iç mekanlarının evriminde giderek daha önemli bir faktör olarak görülüyor.

Araştırmaya Avrupa ve ABD'den 60'ın üzerinde bilim insanı katıldı. Araştırma, Alman Araştırma Vakfı ve Fransız araştırma finansmanı kurumu ANR'nin ortak girişimi tarafından desteklendi.