Para ilmuwan menemukan bentuk es baru – mungkin umum di planet yang jauh dan kaya air

Hasilnya bisa berimplikasi pada pemahaman kita tentang planet yang jauh dan kaya air.

Peneliti NLV telah menemukan bentuk baru es yang mendefinisikan ulang sifat-sifat air pada tekanan tinggi.

Air padat atau es seperti banyak bahan lain karena dapat membentuk berbagai bahan padat berdasarkan kondisi suhu dan tekanan yang bervariasi, seperti berlian atau grafit pembentuk karbon. Namun, air luar biasa dalam hal ini, karena kita mengetahui setidaknya 20 bentuk es padat.

Sebuah tim ilmuwan yang bekerja di Laboratorium Kondisi Ekstrim Nevada UNLV memelopori cara baru untuk mengukur sifat-sifat air di bawah tekanan tinggi. Sampel air pertama kali diperas di antara ujung dua berlian yang berlawanan dan membeku menjadi beberapa kristal es campur aduk. Es kemudian menjalani teknik pemanasan laser yang melelehkan sementara sebelum dengan cepat berubah menjadi sekelompok kristal kecil berbentuk bubuk.

Dengan meningkatkan tekanan secara bertahap dan secara berkala menyinari sinar laser, tim mengamati es air melakukan transisi dari fase kubik yang diketahui, Ice-VII, ke fase menengah dan tetragonal yang baru ditemukan, Ice-VII, sebelum menetap di sumur lain. fase yang diketahui, Ice-X.

Zach Grande, seorang Ph.D. Siswa, memimpin pekerjaan, yang juga menunjukkan bahwa ketika air mengeras secara agresif, transisi ke Ice-X terjadi pada tekanan yang jauh lebih rendah daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Meskipun kecil kemungkinan kita akan menemukan fase es baru ini di mana pun di permukaan bumi, hal itu mungkin menjadi fitur umum di mantel bumi, serta di bulan-bulan besar dan planet-planet kaya air di luar tata surya kita.

Temuan tim diterbitkan dalam jurnal edisi 17 Maret 2022 Cek Fisik B.

camilan

Tim peneliti telah bekerja untuk memahami perilaku air bertekanan tinggi yang mungkin ada di dalam planet yang jauh.

Untuk melakukan ini, Grande dan fisikawan UNLV Ashkan Salamat menempatkan sampel air di antara ujung dua berlian berbentuk bundar yang dikenal sebagai sel landasan berlian, fitur standar di bidang fisika tekanan tinggi. Dengan menerapkan sedikit kekuatan pada berlian, para peneliti mampu menciptakan kembali tekanan setinggi yang ada di pusat Bumi.

Dengan meremas sampel air di antara berlian ini, para ilmuwan mengatur atom oksigen dan hidrogen ke dalam berbagai pengaturan yang berbeda, termasuk pengaturan Ice-VIIt yang baru ditemukan.

Teknik pemanasan laser yang unik tidak hanya memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati fase baru es air, tetapi tim juga menemukan bahwa transisi ke Ice-X terjadi pada tekanan hampir tiga kali lebih rendah dari yang diperkirakan sebelumnya – pada 300.000 atmosfer, bukan 1 juta . Transisi ini telah menjadi topik yang banyak dibicarakan di masyarakat selama beberapa dekade.

“Pekerjaan Zach menunjukkan bahwa konversi ke keadaan ionik ini terjadi pada tekanan yang jauh lebih rendah daripada yang pernah diperkirakan sebelumnya,” kata Salamat. “Ini adalah bagian yang hilang dan pengukuran paling akurat yang pernah terlihat di air dalam kondisi seperti ini.”

Pekerjaan ini juga mengkalibrasi ulang pemahaman kita tentang komposisi planet ekstrasurya, tambah Salamat. Para peneliti menyarankan bahwa fase es VIIt Es di kerak dan mantel atas planet kaya air yang diharapkan di luar tata surya kita bisa berlimpah, yang berarti mereka bisa memiliki kondisi yang layak.

Referensi: “Transisi simetri yang dipicu oleh tekanan dalam H . padat₂O ice” oleh Zachary M Grande, C Huy Pham, Dean Smith, John H Boisvert, Chenliang Huang, Jesse S Smith, Nir Goldman, Jonathan L Belof, Oliver Tschauner, Jason H Steffen, dan Ashkan Salamat, 17 Maret 2022, Cek Fisik B.
DOI: 10.1103/PhysRevB.105.104109

Para peneliti di Lawrence Livermore National Laboratory menggunakan superkomputer besar untuk mensimulasikan penataan ulang ikatan – dan memperkirakan bahwa transisi fase harus terjadi tepat di tempat eksperimen mengukurnya.

Kolaborator lainnya termasuk fisikawan UNLV Jason Steffen dan John Boisvert, ahli mineral UNLV Oliver Tschauner, dan ilmuwan dari Argonne National Laboratory dan University of Arizona.