Extrémní lasery na zlomek okamžiku upekly superionický led  
Dlouho jsme tušili, že v nitru ledových obrů, jako je Uran nebo Neptun, existuje voda ve skupenství velmi stlačeného a velmi žhavého superionického ledu. Loni poprvé experimentálně dokázali jeho existenci a letos už prozkoumali jeho atomární strukturu.

Superionický led. Kredit: Millot, Coppari, Hamel, Krauss (LLNL).
Superionický led. Kredit: Millot, Coppari, Hamel, Krauss (LLNL).

V roce 1988 vědci předpověděli, že voda může utvořit velice exotické skupenství. Říká se mu superionický led. Tvoří jej pevná mřížka z atomů kyslíku, mezi nimiž protékají jako kapalina atomy vodíku. Aby z vody vzniklo tohle, tak jsou k tomu samozřejmě nutné nesmírně extrémní podmínky. Zhruba takové, jaké panují v nitru plynných obrů bohatých na vodu, jako je třeba Uran nebo Neptun.

 

Federica Coppari. Kredit: Eugene Kowaluk/Laboratory for Laser Energetics, LLNL.
Federica Coppari. Kredit: Eugene Kowaluk/Laboratory for Laser Energetics, LLNL.


Až do loňska (2018) to byla jenom teorie. Loni tým laboratoří Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) jako první experimentálně dokázal, že taková podivná fáze vody skutečně existuje a není to jenom výplod horečnatých rovnic. Federica Coppari z LLNL a její spolupracovníci teď zašli ještě dál. Použili gigantické lasery a s jejich pomocí „zamrazili“ vodu do superionického ledu. Bylo to jen na nepatrný okamžik, sotva pár miliardtin sekundy, ale i tak se badatelům podařilo poprvé prostudovat atomární strukturu této podivuhodné fáze vody. Jejich výzkum publikoval časopis Nature.

 


Jak říká Coppari, jejich cílem bylo prostudovat atomární strukturu superionického ledu. Museli ale vytvořit velice extrémní podmínky, v nichž nemohli udržet vodu příliš dlouho. A zároveň museli pořídit detailní snímky atomární struktury exotického ledu. To bylo pochopitelně velice obtížné a vyžádalo si to inovativní experimentální design.


Pohled do nitra experimentu. Kredit: Millot, Coppari, Kowaluk (LLNL).
Pohled do nitra experimentu. Kredit: Millot, Coppari, Kowaluk (LLNL).

Tým Coppariové experimentoval v Omega Laser Facility, která je součástí laboratoří Laboratory for Laser Energetics americké University of Rochester ve státě New York. Díky důmyslnému využití šesti výkonných laserů vytvořili sérii rázových vln s postupně narůstající intenzitou. Těmito rázovými vlnami se vědcům povedlo stlačit tenkou vrstvu kapalné vody na extrémní tlak 100 až 400 GPa čili 1 až 4 miliony atmosfér a rozžhavit na rovněž extrémní teplotu až 2760 °C.

 


Vytvořit takové peklo na Zemi, v němž se voda přeměnila na superionický led, to byla jenom jedna část tohoto pozoruhodného úkolu. Vědci pak ještě museli získat snímky struktury superionického ledu na úrovni atomů. Aby toho dosáhli, museli vypálit dalších 16 laserových pulzů do tenké folie ze železa. Tím vytvořili kousek horké plazmy, která vyzářila záblesk rentgenového záření. Aby tenhle trik vyšel, tak vědci museli průběh událostí velmi přesně načasovat. To se jim nakonec podařilo a rentgenový záblesk ozářil právě vytvořený superionický led.


Díky tomuto postupu mohli Coppari a spol. zachytit strukturu exotického ledu pomocí rentgenové difrakce. Jejich výsledky potvrzují, že vznik superionického ledu byl natolik rychlý, že jej mohli zachytit i během pár nanosekund, kdy k tomu byla v jejich experimentu příležitost. Převratný experiment přinesl cenné informace o samotném superionickém ledu, ale také o vnitřní struktuře a evoluci ledových obrů, jako je Uran a Neptun, společně s množstvím exoplanet v jiných planetárních soustavách. Zdá se například, že superionický led neproudí jako roztavené železo vnějšího jádra Země, ale chová se spíše jako velmi pomalu plynoucí materiál v zemském plášti.


Literatura
Lawrence Livermore National Laboratory 8. 5. 2019, Nature 569: 251–255.

Datum: 13.05.2019
Tisk článku

Fyzika III 2. díl s komentářem pro učitele - Richterek Lukáš, Holubová Renata
 
 
cena původní: 158 Kč
cena: 150 Kč
Fyzika III 2. díl s komentářem pro učitele
Richterek Lukáš, Holubová Renata
Související články:

Skotští milovníci extrémů se dostali na dohled kovovému vodíku     Autor: Stanislav Mihulka (13.01.2016)
Voda existuje jako dvě různé kapaliny     Autor: Stanislav Mihulka (30.06.2017)
Vědci stvořili superionizovaný led. Je žhavý skoro jako Slunce     Autor: Stanislav Mihulka (10.05.2018)



Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace