Физики из французских и европейских институтов получили одну из самых необычных известных форм льда. Она возникает под давлением 2,3 миллиона атмосфер и при температуре 2630 кельвинов, то есть 2357 °C. Это почти половина температуры поверхности Солнца.

Такое давление более чем в 2000 раз превышает условия на дне Марианской впадины и составляет около 64% давления в центре Земли. Интуитивно вода при такой жаре должна была бы стать газом или распасться на атомы. Однако при астрономическом сжатии расширение останавливается. Вещество остается чрезвычайно плотным и приобретает экзотическую структуру.

Суперионный лед и новая кристаллическая фаза

Это состояние называют суперионным льдом. Атомы кислорода стоят неподвижно в жесткой кристаллической решетке, как в твердом теле. Ядра водорода свободно движутся сквозь нее, подобно частицам жидкости. Известно уже более двадцати разновидностей водяного льда. Часть из них при экстремальных условиях переходит в суперионное состояние.

Команда под руководством физика Алексиса Форестье сжимала небольшие образцы воды между алмазными наковальнями до 230 гигапаскалей. Одновременно материал нагревали лазерами。Изменения структуры отслеживали точным пучком рентгеновского излучения из синхротрона.

Исследователи обнаружили гексагональную плотную упаковку атомов кислорода — структуру hcp. Ранее ее только предсказывали теорией. Известный до этого суперионный лед имел гранецентрированную кубическую решетку fcc. Новая фаза отличается порядком укладки слоев. Тепловое расширение кристалла hcp указывало на суперионный переход около 1700 кельвинов. При самых высоких условиях — 219 гигапаскалей и 2630 кельвинов — фаза hcp стала доминирующей.

Что это означает для Урана и Нептуна

Суперионный лед, вероятно, существует глубоко внутри ледяных гигантов — Урана и Нептуна. Его необычные свойства могут влиять на своеобразные магнитные поля этих планет. Знания о льде hcp пока ограничены. Ученые предлагают новые теоретические расчеты механических свойств и электропроводности, а также эксперименты, которые точно очертят диапазон стабильности этой структуры по сравнению с fcc.