Τετάρτη, 28 Ιουνίου 2017

Παράξενο νερό καραδοκεί μέσα σε γιγάντιους πλανήτες

Τι είναι αυτό που λάμπει με χρώμα κίτρινο και συμπεριφέρεται σαν ένα υγρό και στερεό την ίδια στιγμή; Νερό – τουλάχιστον στην παράξενη υπεριοντική μορφή που φαίνεται να βρίσκεται βαθιά μέσα στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα. Μάλιστα αυτό το εξωτικό υλικό θα μπορούσε να βοηθήσει να εξηγήσει γιατί οι δύο πλανήτες έχουν περίεργα μαγνητικά πεδία. 
 
Προσομοιώσεις που έγιναν το 1999 καθώς και ένα πείραμα το 2005 άφησαν να εννοηθεί ότι το νερό μπορεί να συμπεριφερθεί τόσο σαν στερεό όσο και υγρό σε πολύ υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες. Υπό αυτές τις συνθήκες, το οξυγόνο και τα άτομα του υδρογόνου στα μόρια του νερού θα ιονίζονται, με τα ιόντα του οξυγόνου, που σχηματίζουν ένα πλέγμα που μοιάζει με κρυσταλλική δομή, και τα ιόντα του υδρογόνου μπορούν να ρέουν μέσα από το πλέγμα σαν ένα υγρό. Αυτό το "υπερ-ιοντικό" νερό, σχηματίζεται σε θερμοκρασίες άνω των 2000° C περίπου, και θα πρέπει να βγάζει μια κίτρινη λάμψη.
 
Οι ακραίες συνθήκες που επικρατούν βαθιά μέσα στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα θα μπορούσαν να είναι ιδανικές για το υπεριοντικό νερό έτσι ώστε να σχηματισθεί για τα καλά. Αλλά αν συμβαίνει αυτό πραγματικά μέσα σε αυτούς τους πλανήτες, και με ποιές ποσότητες, δεν ήταν ποτέ σαφές στους επιστήμονες, λόγω της αβεβαιότητας ως προς τις συγκεκριμένες πιέσεις και θερμοκρασίες που απαιτούνται για να γίνει.
 
planets_superwater
 
Τώρα όμως τα πιο λεπτομερή μοντέλα που έγιναν μέχρι τώρα, που δημιουργήθηκαν από μια ομάδα με επικεφαλής τον Ronald Redmer του Πανεπιστημίου του Ροστόκ της Γερμανίας, δείχνουν πως οι δύο πλανήτες έχουν ένα παχύ στρώμα από αυτό το υλικό. Οι προσομοιώσεις υποθέτουν ότι οι είναι δυνατόν να υπάρχουν οι πιο ακραίες συνθήκες μέσα στους δύο πλανήτες, με τις θερμοκρασίες που φθάνουν έως και 6000° C και πιέσεις 7 εκατομμύρια φορές πάνω από την ατμοσφαιρική πίεση στη Γη. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ένα στρώμα υπεριοντικού νερού θα πρέπει να εκτείνεται από τον βραχώδη πυρήνα του κάθε πλανήτη προς τα έξω, περίπου, στα μισά της ακτίνας.
 
Κι αυτό το συμπέρασμα συμφωνεί με τα αποτελέσματα μιας μελέτης που έγιναν το 2006 κάτω από την καθοδήγηση της Sabine Stanley, στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο, και του Jeremy Bloxham του πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, που προσπαθούν να εξηγήσουν το περίεργο μαγνητικό πεδίο των δύο πλανητών. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το γήινο μαγνητικό πεδίο μοιάζει με εκείνο ενός ευθύγραμμου μαγνήτη, στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα κάποιρε γειτονικές κηλίδες στην επιφάνεια μπορεί να έχουν πεδία με αντίθετη πολικότητα.
 
Η εργασία των Stanley και Bloxham πρότεινε ότι το εσωτερικό των δύο πλανητών περιέχει ένα στενό στρώμα υλικού, ηλεκτρικά αγώγιμου, που συνεχώς ανακατεύεται παράγοντας έτσι ένα μαγνητικά πεδία. Αυτό το αγώγιμο στρώμα θα μπορεί να είναι από ιοντικό νερό, στο οποίο τα μόρια έχουν σπάσει σε ιόντα οξυγόνου και ιόντα υδρογόνου. Η μελέτη τους αναφέρει, επίσης, ότι αυτή η κινούμενο ζώνη δεν μπορεί να επεκταθεί βαθύτερα από το ήμισυ του δρόμου προς τα κέντρα των δύο πλανητών. Αν ήταν πιο παχιά, θα παράγει ένα πιο ομαλό πεδίο όπως αυτό ενός μαγνήτη.
 
Η μετάβαση από το αγώγιμο τμήμα της θερμότητας προς το μη αγώγιμο τμήμα, στα μεγάλα βάθη υπολογίστηκε από τους Stanley και Bloxham ότι ίσως να είναι άνευ σημασίας, επειδή το υπεριοντικό νερό είναι κι αυτό θερμικά αγώγιμο. Αλλά το υπεριοντικό νερό άγει και τον ηλεκτρισμό, μέσω της ροής των ιόντων του υδρογόνου. Οπότε κάτι πρέπει να σταματά το σούπερ ιοντικό νερό από το να ανακατεύεται και να κάνει το μαγνητικό πεδίο πιο ομαλό.
 
Η μια πιθανότητα είναι ότι ότι το υπεριοντικό νερό είναι ως επί το πλείστον διαφανές στην υπέρυθρη ακτινοβολία, ή την θερμότητα. Τα ηλεκτρόνια σε αυτό το νερό μπορεί να απορροφήσει την υπέρυθρη ακτινοβολία, αλλά οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι τείνουν να μείνουν κοντά στο άτομα του οξυγόνου, με αποτέλεσμα το μεγαλύτερο μέρος του χώρου να είναι διαφανές στη θερμότητα. Έτσι, είναι εύκολο να ακτινοβολείται η θερμότητα από τους πυρήνες των πλανητών μέσω του σούπερ ιοντικού νερού.
 
Ο Laurence Fried του Εργαστηρίου Lawrence στην Καλιφόρνια, είναι εντυπωσιασμένος από τη νέα δουλειά: “Πρόκειται για ένα νέο σύνορο που υπόσχεται πολλά για την πλανητική δομή."