Оцените, насколько правдоподобно звучит следующий подзаголовок: «Учёные открыли новую форму льда с помощью алмазов, рентгеновских лучей и сверхмощных лазеров. Это позволит лучше понять внутренние процессы некоторых планет Солнечной системы». Чистой воды фантастика, не правда ли? Однако это произошло на самом деле. В приведённом описании вас, вероятно, больше всего удивило словосочетание «новая форма льда».
В обычной жизни мы видим только один его вид и пользуемся им самыми разными способами. Но этих форм действительно довольно много. Тот, который вы в виде кубиков бросаете в виски или стакан с колой, называется «Лёд 1h». «H» в данном случае обозначает «гексагональную» структуру замороженных молекул воды. У льда первого вида есть ещё одна разновидность — она обозначается буквой «С» и отличается тем, что частицы воды образуют не шестиугольники, а кубики. В общей сложности лёд может существовать в 19 различных формах. Благодарить за это нужно уникальные свойства молекулы Н2О, которая благодаря своей приятной изогнутости и водородным связям может образовывать разнообразные решетчатые соединения, причём порой довольно затейливые.
Однако та форма, о которой мы рассказываем сегодня, это нечто совершенно удивительное. Она называется «Лёд XVIII». Он не белый и не холодный. Ровно наоборот — горячий и чёрный. Его существование было предсказано компьютерными симуляциями ещё в 1988 году. Он должен был образоваться при температуре более 2000 кельвинов и давлении выше 100 гигапаскалей. Небольшая справка — давление в самой глубокой точке земного океана меньше указанного значения в 1000 раз. При этих условиях атомы водорода отрываются от своих кислородных собратьев, теряют электроны и по существу становятся положительно заряженными протонами. Частицы кислорода образуют кубическую решетку, а высвободившиеся протоны хаотично движутся вокруг неё, как жидкость. Высокая концентрация текучих ионов теоретически означает хорошую электропроводимость, на уровне таких полуметаллов, как мышьяк или графит — с той разницей, что здесь используются протоны, а не электроны.
Предсказать суперионную форму льда на древнем компьютере — это, конечно, научный подвиг. Однако создать его на практике — это нечто гораздо большее. Исследователи сжали воду алмазами — это позволило получить требующееся давление. Затем по этой конструкции прошлись шестью сверхмощными лазерами. Сложность заключалась в том, чтобы в процессе этого действа не превысить расчётную температуру плавления «льда XVIII». Были использованы синхронизированные импульсы, которые взрывообразно испаряли содержащие воду алмазы. Чтобы увидеть происходящее внутри воды в момент максимального давления, ученые обстреляли 16 лазерными лучами расположенный по соседству кусок железа, который, испарившись, прогнал через воду рентгеновские лучи.
В общем, это было замечательное лазерное шоу. Рассмотрев дифракцию рентгеновских лучей, исследователи подтвердили, что атомы кислорода образуют кубические решетки нанометрового масштаба в точности так, как это было предсказано компьютерными симуляциями. Это открытие представляет особый интерес для астрономов, так как, по их расчётам, условия для образования льда XVII имеются внутри ледяных планет-гигантов, вроде Урана и Нептуна. Структура и свойства этого вещества могут объяснить непонятные пока явления, зафиксированные на этих объектах Солнечной системы — например, форму их магнитных полей.
У Земли и большинства других планет Солнечной системы магнитные поля напоминают обычный магнит — у них два полюса, которые практически совпадают с осью вращения. Вероятнее всего, это связано с находящимися внутри этих небесных тел проводящими жидкостями, закручивающимися при вращении. У ледяных же гигантов магнитные поля неравномерные — полюсов здесь несколько, и они, как кажется, совершенно не связаны с вращением планет. И если внутри Урана и Нептуна находится лёд XVIII, то это означает, что у них твердые невращающиеся ядра, окружённые тонкой оболочкой текучей ионной воды. Это, наверное, объяснило бы необычные характеристики их магнитных полей. Однако чтобы подтвердить эти предположения, придётся провести большой объём исследований. Хотя бы потому, что в составе ледяных гигантов, вероятнее всего, есть и другие вещества, вроде метана и аммиака, которые могут кардинально изменить поведение воды.
