Российские ученые из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) совместно с китайскими коллегами из Нанькайского университета определили условия, при которых может существовать экзотическая форма воды под названием акводий. Оказалось, что акводий должен быть стабилен внутри ледяных гигантов Урана и Нептуна, что может объяснить необычные магнитные поля этих планет. Исследование опубликовано в научном журнале Physical Review B (PRB).
Акводий представляет собой молекулу воды с двумя дополнительными протонами, что приводит к образованию двойного положительного заряда, превращая молекулу в катион. Его формула выглядит как H4O2+.
Магнитосферы Урана и Нептуна довольно причудливые — они не совпадают с направлением планет и смещены относительно их физических центров.
По словам авторов исследования, странный магнетизм ледяных гигантов могла бы объяснить ионная проводимость акводия.
“Мы думаем, что на Уране сами ионы водорода, являются свободными носителями заряда. Необязательно в виде отдельных ионов H+, но, возможно, в форме гидроксония H3O+, аммония NH4+ и ряда других ионов. Наше исследование добавляет еще одну возможность — ион H4O2+, который чрезвычайно интересен с химической точки зрения”, — объяснил соавтор статьи, профессор Сколтеха Артем Оганов.
Команда использовала передовые вычислительные инструменты, чтобы предсказать, что происходит с водой и другими элементами в экстремальных условиях. Результат: при давлении около 1,5 млн атмосфер и температуре около 3000 °C в моделировании появляются хорошо разделенные ионы акводия.
Это примерно соответствует условиям на Уране и Нептуне, где очень глубокий океан с жидкой водой создает чрезвычайно высокое давление и также можно ожидать некоторого количества кислот. Если это так, ионы акводия будут формироваться и, участвуя в циркуляции океана, будут вносить вклад в магнитные поля и другие свойства этих планет способами, отличными от других ионов.
Ранее российские ученые вошли в мировой рейтинг по материаловедению.