世界

氷の巨人を支配する「逆説的な」第四の物質形態

水の 3 つの状態について知っていたことは忘れてください。液体、固体、気体を超えて、常識を覆す第 4 のエキゾチックな形態があります。 超イオン水。これは水が固体と液体の両方である物質の状態であり、地球上ではまれですが、太陽系全体で最も一般的な水の形態である可能性があります。 最近、インターナショナルチームが 科学者フランスのエコール工科大学のLULI研究所とドイツのロストック大学の研究者らが率いる研究チームは、この材料の神秘的な構造を解明することに成功した。彼らの発見は権威ある雑誌に掲載されました ネイチャーコミュニケーションズは、圧力と温度の極端な条件下で水がどのように動作するかを初めて詳細に調べ、最終的には天王星や海王星のような惑星の奇妙な磁場についての答えを提供します。 超イオン水とは何ですか？ 氷が燃えても液体が硬いままの世界を想像してみてください。で 超イオン水酸素原子は（氷のように）安定した結晶格子に「閉じ込められ」ますが、水素イオンはそれらの間を自由に移動し、液体のように流れます。 この二重の性質により、この材料に独特の特性が与えられます。構造的には固体でありながら、水素イオンの流れにより電気伝導性が高くなります。この導電性そのものが、巨大惑星の内部メカニズムを理解する鍵となります。 「ブラック」フェーズと百万大気圧の実験 何十年もの間、超イオン水の存在は理論上の予測にすぎませんでした。ただし、 実験による確認 その構造の解明には、150万気圧以上の圧力と摂氏数千度の温度という、地球の中心を思わせる条件が必要だったため、とらえどころのない夢のままだった。 研究者らは、カリフォルニアの SLAC 施設とドイツのヨーロッパ XFEL で、世界で最も強力な X 線レーザーを使用して、これらの極限状態を再現しました。ダイヤモンドの間で水のサンプルを圧縮し、レーザー衝撃波を照射することで、ほんの一瞬の間、原子の構造を「撮影」することができました。 結果は驚くべきものでした。科学者が期待していたきれいで均一な結晶構造の代わりに、「混合された」混沌とした格子が明らかになりました。酸素原子は完全な立方体を形成するのではなく、異なる幾何学模様（立方体と六角形）を交互に繰り返し、研究者らが「構造の乱れ」と呼ぶものを生み出します。 なぜ私たちは天王星と海王星を気にするのでしょうか? 発見の重要性は物理実験室だけにとどまりません。私たちの太陽系の 2 つの「氷の巨人」である天王星と海王星には、逆説的な振る舞いをする磁場があります。それらは回転軸と一致しておらず、核から遠く離れた場所で生成されているように見えます。 超イオン水が解決策を提供します。現在のモデルが示唆しているように、これらの惑星の内部が主にこの物質で構成されている場合、水素イオンの伝導電流が巨大なダイナモとして機能し、これらの奇妙な磁場を生成します。 系外惑星の観察 この研究は私たちの近隣地域だけに関係するものではありません。天文学者たちが数千の系外惑星を発見しており、その多くは「ミニ海王星」のカテゴリーに属しており、その組成と進化を説明するためには超イオン水を理解することが重要になっています。 #氷の巨人を支配する逆説的な第四の物質形態