Ученые доказали наличие на Уране и Нептуне суперионной воды
Внутри Урана и Нептуна содержится примерно в 50 000 раз больше воды, чем в океанах Земли, причем около одной трети радиуса этих планет занимает форма воды, известная как суперионная вода, согласно исследованию, опубликованному 23 сентября в журнале Nature Physics.
Суперионная вода — это фаза воды, в которой атомы водорода становятся жидкими, в то время как атомы кислорода остаются твердыми на кристаллической решетке. Хотя суперионная вода была открыта более 30 лет назад, ее оптические свойства и кислородные решетки были точно измерены только недавно в экспериментах ученых из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL), и многие свойства этого горячего «черного льда» до сих пор не изучены.
Ученые LLNL разработали новый подход с использованием машинного обучения для изучения фазового поведения суперионной воды.
Скрытая глубоко в ядре планет, большая часть воды во Вселенной может быть суперионной, и понимание ее термодинамических и транспортных свойств имеет решающее значение для планетарной науки, но их трудно исследовать экспериментально или теоретически.
В самом последнем исследовании ученые сделали скачок вперед, используя методы машинного обучения для изучения атомных взаимодействий на основе квантово-механических расчетов. Затем они использовали этот потенциал машинного обучения для управления молекулярной динамикой и позволили использовать передовые методы отбора проб свободной энергии для точного определения границ фаз.
Ученые обнаружили, что фазовые границы, которые согласуются с существующими экспериментальными наблюдениями, помогают определить доли изолирующего льда, различных суперионных фаз и жидкой воды внутри ледяных гигантов.
Разработанная ими структура является общей и может быть использована для обнаружения или характеристики других сложных материалов, таких как электролиты батарей, пластмассы и нанокристаллические алмазы, а также новых фаз аммиака, солей, углеводородов, силикатов и связанных с ними смесей, которые имеют отношение к планетарной науке.
«Наше количественное понимание суперионной воды проливает свет на внутреннюю структуру, эволюцию и магнитные поля таких планет, как Уран и Нептун, а также на растущее число ледяных экзопланет», — сказал физик LLNL Себастьян Хэмел.
