Da sinistra a destra in questo rendering, i laser ad alta potenza si concentrano sulla superficie di un diamante, generando una sequenza di onde d'urto che si propagano attraverso un campione d'acqua, comprimendo e riscaldando simultaneamente il campione inizialmente liquido e costringendolo a congelarsi in ghiaccio superionico.
Illustrazione di Millot, Coppari, Hamel, Krauss (Llnl)
Un gruppo di fisici grazie a delle immagini ai raggi X ritiene di poter spiegare le particolarità del ghiaccio presente su Urano e Nettuno a temperature caldissime e a pressione estrema
Dai mari antartici al congelatore di casa, il ghiaccio sulla Terra ha più o meno tutto lo stesso aspetto. Ma in giro per il nostro Sistema Solare e oltre, le temperatura e la pressione estreme possono ridurre la sostanze gelate in forme molto diverse tra loro.
Ora i ricercatori hanno scattato immagini ai raggi X di quello che potrebbe essere l'ultimo arrivato nel campionario della diversità dei ghiacci: un materiale ad alta conduzione conosciuto come "ghiaccio superionico". Come riferisce uno studio pubblicato su Nature, questo ghiaccio esiste a pressioni di grandezza compresa tra gli uno e quattro milioni di volte maggiore rispetto a quella presente sulla Terra al livello del mare e a temperature pari alla metà di quelle presenti sul Sole.
"Sì, stiamo parlando di ghiaccio", dice l'autore principale dello studio, Marius Millot, fisico del Lawrence Livermore National Laboratory in California. "Anche se si trova a migliaia di gradi".
Condizioni impossibili da ricreare sulla Terra, ma presenti nella profondità di "giganti acquosi" come Urano e Nettuno e che potrebbero aiutare a chiarire il funzionamento di questi lontani pianeti, compreso il loro inusuale campo magnetico.
Gli scienziati sono già a conoscenza di 17 diverse varietà di ghiacci cristallini e oltre 30 anni fa i fisici avevano previsto che una fortissima pressione fosse in grado di trasformare l'acqua in forme superioniche.
I materiali superionici sono "creature duali", in parte liquide e in parte solide che a livello microscopico sono formati da un reticolo cristallino, permeato di nuclei atomici in fluttuazione libera, che trasportano cariche elettriche. Nell'acqua, gli atomi di ossigeno si ammassano in un solido cristallino, mentre i protoni dell'idrogeno sfrecciano intorno come un liquido.
"E' uno stato della materia piuttosto insolito", dice la coautrice Federica Coppari, anche lei del Livermore lab.
Lo scorso anno Millot, Coppari e altri loro colleghi hanno scoperto le prime prove dell'esistenza del ghiaccio superionico, utilizzando presse ad incudine di diamante (vengono usate per studi ad alte pressioni e temperature) e onde d'urto generate con un laser, per comprimere l'acqua allo stato liquido in modo da trasformarla, per alcuni miliardesimi di secondo, in ghiaccio solido. Le misurazioni degli scienziati hanno mostrato che, per breve tempo, il ghiaccio dal punto di vista elettrico è diventato migliaia di volte più conduttore di prima, fornendo un buon indizio di essere diventato superionico.
Nei loro ultimi test i ricercatori hanno usato sei giganteschi fasci laser per generare una sequenza di onde d'urto che hanno compresso un sottile strato di acqua liquida in ghiaccio solido ad una pressione milioni di volte maggiore rispetto a quella della Terra e ad una temperatura compresa tra i 1650 e i 2760 gradi Celsius. Flash ai raggi X fatti scattare esattamente all'istante giusto hanno indagato la configurazione durata appena alcuni miliardesimi di secondo, svelando che gli atomi di ossigeno avevano effettivamente assunto una forma cristallina.
Si è potuto osservare come l'ossigeno fosse strettamente compresso in cubi a facce centrate - piccole scatole con un atomo in ogni angolo e uno al centro di ogni lato. È la prima volta che si è osservata l'acqua prendere una tale forma, dice Coppari. Il gruppo di ricercatori ha stabilito quindi di chiamare questa nuova formazione "Ghiaccio XVIII".
Saranno necessarie ora ulteriori verifiche per provare definitvamente che questo ghiaccio è effettivamente superionico, dice Roberto Car, fisico della Princeton University che non ha preso parte alla ricerca e che valuta comunque questo studio un'importante descrizione della variabilità dell'acqua.
"Il fatto che la materia possa trasformarsi in una tale varietà di forme è piuttosto stupefacente", dice.
I risultati ottenuti dal team stanno già cambiando la nostra comprensione di Urano e Nettuno. Spesso chiamati "giganti di ghiaccio", questi enormi pianeti sono formati da un 65% di acqua insieme ad una certa quantità di ammoniaca e metano che formano strati di roccia e metalli molto simili al mantello e al nucleo terrestre.
I nuovi esperimenti indicano che Urano e Nettuno dovrebbero possedere uno strato di ghiaccio superionico che si comporta come il mantello terrestre, che, pur essendo solido, fluisce sulla base di tempi geologici molto lunghi. E ciò potrebbe aiutare a spiegare perché questi due pianeti hanno dei campi magnetici inusuali.
Si ritiene che i campi magnetici di Terra, Giove e Saturno siano tutti prodotti da dinamo interne nei pressi del nucleo. I campi di questi pianeti sono strettamente allineati ai loro assi, come se derivassero da magneti a barre presenti al loro centro.
Il campo magnetico di Nettuno, al contrario, pare derivare da una barra magnetica interna inclinata da un lato, con le estremità che emergono da punti a metà strada dall'Equatore. Urano è ancora più particolare, come una barra magnetica capovolta, nel senso che il suo sud magnetico sporge fuori dall'emisfero nord del pianeta. Si ritiene che entrambi i campi magnetici dei due pianeti siano instabili.
Millot ha ipotizzato che potrebbe esistere una fascia liquida sulla parte superiore dello strato di ghiaccio superionico di Urano e Nettuno, ma che deve essere presente anche una fase di acqua altamente conduttrice. I campi magnetici dei pianeti potrebbero nascere qui, molto più vicino alla superficie, rispetto a quelli degli altri pianeti, spiegando almeno in parte le loro strane caratteristiche. E dato che gli astronomi hanno scoperto, all'esterno del sistema solare, molti pianeti delle dimensioni di Urano e Nettuno, le scoperte potrebbero essere applicabili anche a parti lontane del cosmo.
http://www.nationalgeographic.it/scienza/spazio/2019/05/10/news/ecco_come_potrebbe_essere_il_ghiaccio_bollente_spaziale-4401711/
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