Астрономи заявили, що вода на Урані та Нептуні може існувати відразу у кількох аномальних фазах

Вчені вперше детально описали внутрішню структуру суперіонної води — екзотичного стану речовини, що виникає під тиском у мільйони атмосфер і температурою в тисячі градусів Цельсія. Нові результати показують, що ця форма води може існувати у кількох структурних варіантах, що має ключове значення для розуміння внутрішньої будови та магнітних полів планет‑гігантів, таких як Уран і Нептун.

Суперіонна вода є твердою речовиною, де атоми оксигену утворюють кристалічну «сітку», а іони водню рухаються всередині неї вільно, забезпечуючи електропровідність. Саме ця властивість може пояснити нестандартні магнітні поля крижаних гігантів, адже провідна структура здатна підсилювати глибинні динамо‑ефекти.

Схематичне зображення мікроскопічної структури супіонної води, в якій атоми кисню утворюють тверду кристалічну решітку, а іони водню можуть вільно рухатися всередині неї. За допомогою потужних лазерів цей екстремальний стан, який інакше зустрічається лише всередині великих планет, можна було виміряти експериментально. Джерело: Грег Стюарт / Національна лабораторія прискорювачів SLAC

Раніші моделі припускали, що суперіонна вода має просту кубічну решітку, однак нові експерименти показали складнішу картину. Виявлено ділянки face‑centered кубічної структури та шести­кутно щільноупаковані шари, які перекриваються й утворюють змішані області без чіткої повторюваної геометрії. Зафіксувати ці тонкі деталі вдалося завдяки надточним рентгенівським лазерам.

Досліди проведено на установках Mat­ter in Extreme Con­di­tions (MEC) у США та HED‑HIBEF на європейському XFEL. Воду стискали понад 1,5 млн атмосфер і нагрівали до тисяч градусів, отримуючи знімки атомної структури з точністю до трильйонних часток секунди. Результати узгоджуються з найновішими комп’ютерними моделями й підтверджують, що суперіонна вода може мати кілька фаз, подібно до різних форм льоду.

Проєкт реалізовано в рамках спільної ініціативи Німецького наукового фонду (DFG) та Французького національного агентства з досліджень (ANR) за участі понад 60 науковців із Європи та США. Відкриття відкриває нові перспективи для моделювання еволюції крижаних гігантів, які вважаються одними з найпоширеніших планет у Всесвіті.