Где и как найти воду в экстремальных условиях космоса? Это задача, ответ на которую ищут ученые. И вот, похоже, найден необычный вариант решения, о котором сообщают ученые в журнале Nature.
Мариус Милло и его коллеги использовали в лаборатории лазерной энергетики университета Рочестера (США) один из самых сильных лазеров в мире, чтобы под действием ударной волны одновременно сжимать и нагревать воду и затем идентифицировать ее атомную структуру. В результате эксперимента давление в воде за мгновение достигло более 100 гигапаскалей (это примерно в миллион раз больше, чем атмосферное давление на Земле), а температура достигла более 1700 градусов по Цельсию.
В момент лазерного удара исследователи направили рентгеновские лучи сквозь материал - и впервые сделали видимой необычную форму льда. Рентген показал, что вода не стала перегретой жидкостью или газом. Как это ни парадоксально, но атомы образовали кристаллический лед. Ученые зафиксировали, что "в этих условиях вода затвердевает в течение нескольких наносекунд в гранулы льда нанометрового размера".
Оказалось, что лед стал частично твердый, частично жидкий. Отдельные молекулы воды под сильным давлением и теплом разрушаются. Кислород и водород ведут себя по-разному. Атомы кислорода заключаются в кубическую решетку, а водород, по словам Милло, "начинает прыгать из одного положения в кристалле в другое". Движение настолько быстрое, что ионизированные атомы водорода выглядят как жидкость.
Новую фазу воды с причудливыми свойствами ученые назвали суперионный лед. В отличие от льда в морозильной камере или на Северном полюсе, суперионный лед черный и горячий. Его куб, кстати, весил бы в четыре раза больше обычного льда.
Исследователи сообщают, что структура льда напоминает металл. Он может проводить электричество, а заряженный водород - выполнять роль электронов. Блуждающие положительно заряженные частицы гарантируют стабильность этого льда по сравнению с другими ледяными кристаллами, в результате чего температура его плавления вырастет, а это значит, что горячий лед не растает.
Хотя никто никогда не видел горячий черный лед, впервые он был теоретически предсказан более 30 лет назад в компьютерной симуляции, и с тех пор искали доказательства его существования. Команда Милло считает, что этот лед может быть одним из самых распространенных видов воды во Вселенной.
Например, внутренняя часть планет Уран и Нептун может состоять из этого необычного льда. Обнаружение суперионного льда потенциально решает давние загадки о составе этих ледяных гигантов.