نوع غريب من الجليد إلا بدرجات الحرارة العالية جدًا

طقس العرب - تحدث أشياء غريبة داخل الكواكب، حيث تتعرض المواد المألوفة لضغوط شديدة وحرارة. فمن المحتمل أن تحدث حركات اهتزازية لذرات الحديد داخل النواة الداخلية الصلبة للأرض، وكذلك من الممكن تشكل الجليد الثقيل الأسود الساخن، وهو صلب وسائل في ذات الوقت، داخل أورانوس ونبتون وهما الكوكبان الغازيان العملاقان الغنيان بالمياه.

قبل خمس سنوات، أعاد العلماء إنشاء هذا الجليد الغريب، الذي يُطلق عليه الجليد الفائق التأين، لأول مرة في التجارب المعملية؛ وقبل أربع سنوات أكدوا وجوده وبنيته البلورية. ثم في العام الماضي فقط، اكتشف الباحثون في عدة جامعات في الولايات المتحدة ومختبر مركز ستانفورد الخطي للمسرع الخطي في كاليفورنيا (SLAC) مرحلة جديدة من الجليد فائق التأين.

إن اكتشافهم يعمق فهمنا لسبب امتلاك أورانوس ونبتون مجالات مغناطيسية غير منتظمة ذات أقطاب متعددة.

ومن محيطنا الأرضي، سوف نغفر لك الاعتقاد بأن الماء هو جزيء بسيط يتكون من ذرة أكسجين واحدة مرتبطة بذرتي هيدروجين تستقر في موضع ثابت عندما يتجمد الماء. ولكن الجليد شديد التأين يختلف بشكل غريب، ومع ذلك قد يكون من بين أكثر أشكال المياه وفرة في الكون، حيث يُفترض أنه لا يملأ الأجزاء الداخلية من أورانوس ونبتون فحسب، بل أيضًا الكواكب الخارجية المماثلة.

نوع غريب من الجليد إلا بدرجات الحرارة العالية جدًا

تتمتع هذه الكواكب بضغوط شديدة تبلغ مليوني ضعف الضغط الجوي للأرض، كما أن باطنها حار مثل سطح الشمس، وهو المكان الذي تصبح فيه المياه غريبة.

وفي عام 2019، قام العلماء بتأكيد توقعات الفيزيائيين الذين عملوا في عام 1988، حيث اكتشفوا أن الجليد شديد التأين يتكون من بنية هيكلية تحتوي على شبكة مكعبة صلبة تحتجز ذرات الأكسجين، في حين تتحرر ذرات الهيدروجين المتأينة وتتدفق عبر تلك الشبكة بشكل يشبه تدفق الإلكترونات عبر المعادن. ويمنح هذا التركيب الجليدي الشديد التأين خصائصًا موصلة للكهرباء، ويجعل درجة انصهاره تظل منخفضة، مما يحافظ على حالة التجمد حتى في درجات حرارة شديدة.

وهذا يعطي الجليد شديد التأين خصائصه الموصلة. كما أنه يرفع درجة انصهاره بحيث يظل الماء المتجمد صلبًا عند درجات حرارة شديدة. وفي هذه الدراسة الأخيرة، قامت الفيزيائية أريانا جليسون من جامعة ستانفورد وزملاؤها بقصف شرائح رقيقة من الماء، محصورة بين طبقتين من الماس، ببعض أشعة الليزر القوية بشكل يبعث على السخرية.

أدت موجات الصدمة المتعاقبة إلى رفع الضغط إلى 200 جيجا باسكال (2 مليون ضغط جوي) ودرجات حرارة تصل إلى حوالي 5000 كلفن (8500 درجة فهرنهايت) – وهي درجة حرارة أعلى من درجات حرارة تجارب 2019، ولكن عند ضغوط أقل.

وأوضحت الباحثة غليسون وفريقها في بحثهم الذي نشروه في يناير 2022: "إن فهم الكواكب الخارجية الغنية بالماء، والمشابهة لكوكب نبتون، يتطلب تحليلًا دقيقًا لحالة الماء في ظروف الضغط ودرجة الحرارة المرتبطة بالتركيب الداخلي لكل كوكب."

وكشفت حُيود الأشعة السينية بعد ذلك عن التركيب البلوري للجليد الساخن الكثيف، حيث تم الحفاظ على ظروف الضغط ودرجة الحرارة لفترة قصيرة تقريبًا جزء من الثانية.

كما وأكدت أنماط الحيود الناتجة أن بلورات الجليد كانت في الواقع مرحلة جديدة متميزة عن الجليد فائق التأين الذي تم رصده في عام 2019. الجليد فائق التأين المكتشف حديثًا، Ice XIX، له هيكل مكعب متمركز حول الجسم وموصلية متزايدة مقارنة بسابقه من عام 2019، Ice XVIII. .

وتعد الناقلية الكهربائية مهمة هنا لأن الجسيمات المشحونة المتحركة تولد مجالات مغناطيسية. هذا هو أساس نظرية الدينامو، التي تصف كيف أن السوائل الموصلة، مثل غطاء الأرض أو داخل جرم سماوي آخر، تؤدي إلى ظهور مجالات مغناطيسية. وإذا تم امتصاص المزيد من الدواخل الداخلية لعملاق جليدي يشبه نبتون بواسطة مادة صلبة طرية، والقليل منها بواسطة سائل دوار، فسيغير ذلك نوع المجال المغناطيسي الناتج. وإذا كان هذا الكوكب يحتوي على طبقتين فائقتي التأين لهما موصلية مختلفة، كما يقترح جليسون وزملاؤه، فإن المجال المغناطيسي الناتج عن الطبقة السائلة الخارجية سيتفاعل مع كل منهما بشكل مختلف، مما يجعل الأمور أكثر غرابة.

وهنا استنتج جليسون وزملاؤه أن الناقلية الكهربائية المعززة لطبقة من الجليد الفائق التأين المشابه لـ Ice XIX من شأنها أن تعزز توليد مجالات مغناطيسية متزعزعة ومتعددة الأقطاب مثل تلك المنبعثة من أورانوس ونبتون.

وإذا كان الأمر كذلك، فستكون نتيجة مرضية بعد مرور أكثر من 30 عامًا على تحليق المسبار الفضائي فوييجر 2 التابع لناسا، والذي تم إطلاقه في عام 1977، بالقرب من العملاقين الجليديين في نظامنا الشمسي وقياس مجالاتهما المغناطيسية غير العادية.

المصدر: sciencealert