بزرگنمايي:

سیاست و بازاریابی - ایسنا / عملکرد درونی غول‌های یخی مانند اورانوس و نپتون بر خلاف ظاهر بیرونی‌شان بسیار آشفته است. فشارهایی میلیون‌ها برابر بیشتر از سطح دریاهای زمین با دمای هزاران درجه ترکیب می‌شوند و مواد بسیار عجیبی را می‌سازند.
اکنون مقاله جدیدی از محققان موسسه کارنگی که در مجله Nature Communications منتشر شده است، حالت کاملاً جدیدی از ماده را توصیف می‌کند که ممکن است در این محیط‌های خشن وجود داشته باشد و یک حالت شبه یک‌بعدی فرایونی(quasi-1D superionic) باشد.
دانشمندان مدت‌هاست می‌دانند که این سیارات یخی از یخ‌های معمولی، آنطور که ما ممکن است روی زمین تصور کنیم، ساخته نشده‌اند. در عوض، آنها از یک دوغاب داغ و متراکم از آب، آمونیاک و متان تشکیل شده‌اند.
بازار
بازآفرینی شرایطی که این دوغاب را ایجاد می‌کند، در آزمایشگاه تقریباً غیرممکن است. برای ذوب اکثر ظروف، به فشاری در حدود تراپاسکال در دماهای به اندازه کافی بالا نیاز است.
معمولاً محققان برای حل این مشکل به شبیه‌سازی‌ها روی می‌آورند؛ به‌ویژه یک شبیه‌سازی که به عنوان «اورانوس مصنوعی» شناخته می‌شود و محیط هفتمین سیاره از خورشید، از جمله فشار و گرمای آن را شبیه‌سازی می‌کند.
محققان می‌گویند ما از مطالعات شیمیایی قبلی می‌دانستیم که مولکول‌های مرسوم مانند متان، به شکل‌های سنتی خود دوام نمی‌آورند. این مولکول در حدود ۹۵ گیگاپاسکال تجزیه می‌شود و مواد غنی از هیدروژن را در کنار آلوتروپ‌های کربن مانند الماس ایجاد می‌کند، اما حتی آن سبک شبیه‌سازی نیز نقص‌های خود را دارد و در فشارهای حتی بالاتر تجزیه می‌شود.
برای اصلاح این مشکل، مطالعه از دیدگاه اصول اولیه به آن نزدیک می‌شود و به مکانیک کوانتومی سیستم اجازه می‌دهد تا کل محیط را حداقل تا جایی که مکانیک کوانتومی اجازه مدل‌سازی می‌دهد، بسازد.
طبق این روش شبیه‌سازی، در فشارهای بالاتر از ۱۱۰۰ گیگاپاسکال، کربن و هیدروژن به تشکیل یک ترکیب پایدار اما با ساختاری بسیار غیرمعمول ادامه می‌دهند.
اتم‌های کربن در این فشارها در یک شبکه سفت و سخت به شکل مارپیچ کایرال قفل می‌شوند که اساساً یک پلکان مارپیچی میکروسکوپی و پیچ‌خورده است.
جالب‌ترین بخش زمانی اتفاق می‌افتد که گرما اضافه شود. معمولاً اضافه کردن گرما این ساختار شبکه را به مایع تبدیل می‌کند و به اتم‌ها اجازه می‌دهد آزادانه حرکت کنند.
این در حالی است که در برخی مواد دیگر مانند آب، افزایش گرما باعث می‌شود یک مجموعه از اتم‌ها (در مورد آب، اکسیژن) در یک جامد کریستالی باقی بمانند، در حالی که دیگری (هیدروژن) آزادانه شروع به جریان یافتن می‌کند. این به عنوان «حالت فرا یونی» شناخته می‌شود.
بین ۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰ کلوین، ترکیب جدید CH وارد حالت فرا یونی می‌شود، اما با یک نکته؛ به جای اینکه اکسیژن ساختار کریستالی را تشکیل دهد، مانند آنچه در آب انجام می‌دهد، این شبکه کریستالی از اتم‌های کربن تشکیل می‌شود.
اتم‌های هیدروژن، در حالی که توسط شبکه کربن محدود شده‌اند، انتشار فرا یونی را در امتداد پله مارپیچی (محور z) همراه با حرکت چرخشی در صفحه عرضی (xy) نشان می‌دهند.
آن اتم‌های هیدروژن می‌توانند به راحتی از پله‌ها بالا یا پایین بروند، اما در جهات دیگر به نظر می‌رسد که احتمال چرخش آنها بیشتر از حرکت است.
این حرکت یک‌طرفه با چرخش دوبعدی باعث شد محققان آن را به عنوان یک نوع ترکیبی از ابعاد انتشاری (اولین حالت شبه‌یک‌بعدی فرایونی جهان) طبقه‌بندی کنند.
همه اینها در تئوری خوب است، اما در عمل به چه معناست؟ قابل توجه‌ترین تأثیر این است که خواص ماده ناهمسانگرد می‌شوند؛ به این معنی که بسته به جهتی که آنها را از آن اندازه‌گیری می‌کنید، متفاوت هستند.
به عنوان مثال، به نظر می‌رسد که این ماده گرما و الکتریسیته را به خوبی در محور «پله مارپیچی» هدایت می‌کند، اما در هیچ یک از دو محور دیگر نه چندان. همچنین با وجود این واقعیت که اتم‌های هیدروژن متحرک (که بار مثبت دارند) دارد، به نظر می‌رسد که رسانایی الکتریکی هنوز تحت سلطه الکترون‌های در حال حرکت است.
در مقیاس کلان، این به نظریه‌هایی در مورد اینکه چرا میدان‌های مغناطیسی نپتون و اورانوس بسیار عجیب هستند، کمک می‌کند. مدل‌های مرسوم میدان‌های مغناطیسی کج آنها را با فرض اینکه یخ‌های داغ و فرایونی گرما و الکتریسیته را در همه جهات به طور یکسان هدایت می‌کنند، توضیح می‌دهند، اما با این حالت جدید شبه‌یک‌بعدی فرایونی، این فرض زیر سوال می‌رود و می‌تواند با داده‌های تجربی که از خود سیارات به دست می‌آوریم، بهتر مطابقت داشته باشد.
بدیهی است که یک ماده اولیه کربن-هیدروژن، ساده‌سازی عظیمی از دینامیک پیچیده شیمیایی و حرارتی است که در هسته این جهان‌ها در جریان است، اما این واقعیت که ما حتی فرصتی برای مدل‌سازی و درک چگونگی عملکرد برخی از این مواد در دنیای واقعی داریم، نشان می‌دهد که علوم سیاره‌ای هنوز می‌تواند چیزهای بسیار بیشتری در مورد نحوه عملکرد جهان به ما بیاموزد.