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この奇妙な形の水が巨大惑星の磁場に電力を供給する可能性がある

水は摂氏数千度の温度と数百万気圧に達する圧力にさらされると、劇的な変化を起こします。このような極端な条件下では、水は超イオン水*として知られる稀な状態になります。この形態では、酸素原子が硬い固体の骨格に固定されている一方、水素イオンはその構造内を自由に移動し、通常の氷や液体の水とは異なる挙動を示します。 この珍しい水の相は電気を非常によく伝導するため、氷の巨大惑星の周囲で観察される奇妙な磁場を説明する有力な候補となっています。天王星と海王星は、その内部の深部に膨大な量の水を含んでいると考えられており、これは超イオン水が太陽系の大部分で支配的な水の形態である可能性があることを意味します。 超イオン水の構造に関する長年の謎 科学者たちはこれまでにも室内実験で超イオン水を生成することに成功したが、その内部構造は十分に理解されていなかった。以前の研究では、酸素原子が 2 つの単純な立方体パターンのいずれかに配置される可能性があると提案されていました。これらには、立方体の中央に追加の原子が位置する体心立方配置、または原子が各面の中心を占める面心立方配置が含まれます。 新しい研究は、現実ははるかに複雑であることを明らかにしました。酸素原子は単一の規則的なパターンを形成するのではなく、面心立方領域と六方最密層を組み合わせた混合構造を形成します。六角形の領域では、原子が六角形のパターンを繰り返すようにしっかりと積み重なっています。これらの領域が立方体セクションと結合すると、その結果、広範な構造的無秩序が生じます。原子は、きれいな繰り返し格子ではなく、ハイブリッドで不規則な配列を形成しており、高度な X 線レーザーによって可能になった非常に正確な測定技術を使用しないと検出できません。 実験室で惑星の極限状態を再現する これらの詳細を解明するために、研究者たちは 2 つの別々の実験を実施しました。 1 つは米国の LCLS の Matter in Extreme Conditions (MEC) 装置で実行され、もう 1 つはヨーロッパの XFEL の HED-HIBEF 装置で実行されました。これらの強力な施設により、科学者たちは水を 150 万気圧を超える圧力まで絞り、摂氏数千度まで加熱しながら、1 兆分の 1 秒以内に原子構造のスナップショットを撮影することができました。 この発見は最先端のコンピューターシミュレーションとほぼ一致しており、温度と圧力に応じて多くの異なる結晶相で存在することが知られている通常の氷と同様に、超イオン水が複数の構造形態をとる可能性があることを示している。この研究は、水はその一見単純さにもかかわらず、極限条件下では予期せぬ驚くべき挙動を示し続けるという考えを裏付けるものである。これらの結果は、宇宙全体に共通していると考えられている氷の巨大惑星の内部構造と長期進化のモデルを改良するのにも役立ちます。 *超イオン水とは、地球の表面で見られるものをはるかに超える、非常に高い圧力と温度の下で形成される異常な状態の水です。この段階では、水は固体として振る舞いますが、水素イオンは酸素原子の硬い格子の中を自由に移動できます。このユニークな組み合わせにより、超イオン水に電気を通す能力が与えられます。科学者たちは、このような極端な条件が自然に発生する大きな惑星の奥深くにそれが存在すると考えています。 #この奇妙な形の水が巨大惑星の磁場に電力を供給する可能性がある