دانشمندان یخ اورانوس و نپتون را بازسازی کردند

در سال ۲۰۱۸، دانشمندان وجود نوعی یخ فوق‌یونی را تأیید کردند؛ فازی عجیب از آب که هم ویژگی‌های جامد و هم رفتار مایع دارد.

این ماده درون شبکه‌ای مکعبی شکل قرار می‌گیرد، در حالی که اتم‌های هیدروژن می‌توانند آزادانه در آن حرکت کنند. پژوهشگران بر این باورند که چنین یخی در اعماق اورانوس و نپتون وجود دارد و به همین دلیل تلاش کردند شرایط مشابه آن را روی زمین ایجاد کنند. نتیجه، مجموعه‌ای از رفتارهای فیزیکی بسیار غیرمعمول بود.

شرایط موجود در اعماق غول‌های یخی منظومه شمسی بسیار خشن و افراطی است. فیزیک‌دانان برای شبیه‌سازی این محیط، از پرتوهای ایکس سینکروترون استفاده کردند و دما را تا حدود ۲۳۵۷ درجه سانتی‌گراد بالا بردند. فشار نیز به حدود دو میلیون برابر فشار جو زمین در سطح دریا رسید. یافته‌های این آزمایش در نشریه Physical Review Letters منتشر شده و پژوهشگران به نوعی یخ فوق‌یونی دست یافتند که پیش‌تر بارها در مطالعات نظری پیش‌بینی گردیده بود.

گروه پژوهشی به سرپرستی الکسیس فورستیه از دانشگاه پاریس-ساکله در مقاله خود توضیح داد که بررسی نمودار فازی آب در فشارهای بالا، طی یک قرن گذشته همواره باعث شکل‌گیری روش‌های آزمایشی پیشرفته شده است.

تا امروز ۲۲ نوع مختلف یخ شناسایی شده و جدیدترین گونه، یخ XXI، در سال ۲۰۲۵ معرفی شد. این آمار، یخ Ih را نیز شامل می‌شود؛ همان نوع یخی که در قالب‌های یخ، نوشیدنی‌های سرد و برف کوهستان می‌بینیم. تغییر فشار و دما می‌تواند آب را به ساختارهای بلوری متفاوتی تبدیل کند و بسیاری از این گونه‌ها تنها در شرایط آزمایشگاهی تولید و مشاهده شده‌اند.

دانشمندان با ساخت این گونه‌های متفاوت یخ، ویژگی‌های آن‌ها را بررسی می‌کنند تا بتوانند شرایط موجود در اجرام کیهانی دوردست را بهتر محاسبه نمایند. در این آزمایش، پژوهشگران روی پیش‌بینی‌های مربوط به یخ X تمرکز داشتند. مطالعات قبلی نشان داده بود که یخ X می‌تواند وارد حالت فوق‌یونی شود؛ حالتی که محدوده پایداری یخ را در دماهای بالاتر گسترش می‌دهد و به همین دلیل برای بررسی درون سیاره‌های غول‌پیکر یخی اهمیت ویژه‌ای دارد.

ابر‌یخ در شرایط فوق‌العاده

این گونه‌های خاص یخ فقط در فشار و دماهای بسیار شدید شکل می‌گیرند. پژوهشگران ابتدا آب فوق‌خالص را داخل محفظه‌ای از جنس الماس قرار دادند و سپس با فشرده کردن این محفظه، آن را تحت تابش پرتوهای ایکس لیزری قرار دادند. آزمایش در دو مرحله انجام شد و دانشمندان تغییرات بسیار کوچک در آرایش مولکولی بلور آب را به‌دقت زیر نظر گرفتند.

هنگامی که دما از حدود ۱۵۲۶ درجه سانتی‌گراد و فشار از ۲۰۰ گیگاپاسکال فراتر رفت، بلور نشانه‌هایی از رفتار فوق‌یونی نشان داد. با افزایش تدریجی فشار و گرما، ساختارهای مختلف یخ یکی پس از دیگری ظاهر شدند و در نهایت آرایش به‌دست‌آمده با پیش‌بینی‌های نظری پیشین درباره یخ فوق‌یونی مطابقت پیدا کرد.

بر اساس نتایج مقاله، این فرایند شباهت‌هایی به رفتار گازهای نجیب فشرده دارد. ساختار نهایی نیز هندسه‌ای با آرایش فشرده شش‌ضلعی داشت. در این ساختار، اتم‌های اکسیژن شبکه بلوری را تشکیل می‌دهند، اما اتم‌های هیدروژن می‌توانند آزادانه در میان آن حرکت کنند.

با وجود این یافته‌ها، احتمالاً اثبات قطعی اینکه یخ موجود در اعماق نپتون یا اورانوس دقیقاً همین ساختار را دارد، به چندین دهه پیشرفت علمی یا حتی زمان بیشتری نیاز خواهد داشت. پژوهشگران نیز در مقاله خود بر ضرورت مطالعات نظری آینده درباره انعطاف‌پذیری و رسانایی یخ فوق‌یونی تأکید کرده‌اند. با این حال، این نتایج می‌توانند به بهبود مدل‌های علمی درباره ساختار و رفتار غول‌های یخی و دیگر اجرام کیهانی کمک کنند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.