یک حالت جدید از آب با نام «یخ فوق یونی» کشف شد!

وقتی صحبت از آب می‌شود، همه ما می‌دانیم که این ماده حیاتی می‌تواند به سه شکل در طبیعت وجود داشته باشد: مایع (آب معمولی)، جامد (یخ و برف)، و گاز (در ابرها و بخار). با این حال، کشف اخیر نشان می‌دهد که شکل دیگری از آب هم در طبیعت وجود دارد و دانشمندان توانستند آن را در شرایطی خاص بازسازی کنند. با دیجی رو همراه باشید.

این حالت جدید آب که یخ فوق یونی یا سوپریونیک (Superionic ice) نامیده می‌شود، اخیراً توسط یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی ویتالی پراکاپنکا، از محققین دانشگاه شیکاگو، کشف شده است. این تیم چندی پیش نیز مقاله‌ای تحقیقاتی در مجله Nature Physics منتشر کرده بود که جزئیات یخ سیاه عجیبی را که در هسته سیاراتی مانند اورانوس و نپتون یافت می‌شود، توضیح می‌دهد.

پیش از این، اعضای این تیم تحقیقاتی توانسته بودند با عبور دادن یک موج ضربه‌ای عظیم از داخل یک قطره آب، یخ فوق یونی ایجاد کنند. با این حال، این یخ تنها برای یک لحظه به وجود آمد و بلافاصله پس از تشکیل تجزیه شد.

محققان با استفاده از روش‌ها و آزمایش‌های جدید به کار بر روی ایجاد یخ سیاه ادامه دادند. در آخرین مورد از این آزمایش‌ها، آن‌ها آب را بین دو قطعه الماس، که از سخت‌ترین مواد یافت شده روی زمین است، تحت فشار قرار دادند تا فشار شدید موجود در هسته سیارای را که حاوی یخ فوق یونی هستند، بازسازی کنند.

در ادامه، آن‌ها از یک منبع فوتون پیشرفته یا پرتوهای ایکس بسیار درخشان استفاده کردند و با عبور دادن لیزر از میان الماس‌ها، آب را گرم کرده و توانستند یخ فوق یونی را بازتولید کنند.

پس از این آزمایش و زمانی که دانشمندان سعی کردند از اشعه ایکس برای مشاهده نتایج استفاده کنند، متوجه شدند که یخ فوق یونی به دست آمده چگالی بسیار کمتری دارد. رنگ آن نیز سیاه به نظر می‌رسید زیرا به شکل متفاوتی با نور طبیعی تعامل دارد.

پراکاپنکا در بیانیه‌ای رسمی توضیح داه:

مکعبی را تصور کنید که اتم‌های اکسیژن در گوشه‌های آن توسط هیدروژن به هم متصل شده‌اند. هنگامی که حالت فوق یونی جدید ایجاد می‌شود، شبکه منبسط شده و به اتم‌های هیدروژن اجازه می‌دهد تا به اطراف حرکت کنند در حالی که اتم‌های اکسیژن در موقعیت خود ثابت می‌مانند. در واقع، حالت جدید آب مانند این است که اکسیژن جامد در اقیانوسی از اتم‌های هیدروژن شناور غوطه‌ور شده باشد.

اگرچه کشف حالت جدید آب به خودی خود شگفت‌انگیز است، اما آنچه بیش از همه دانشمندان را حیرت‌زده کرده، این واقعیت است که آن‌ها به فشار بسیار کمتری از آنچه فکر می‌کردند، برای ایجاد یخ فوق یونی نیاز داشتند. در ابتدا، حدس زده می‌شد که ایجاد یخ فوق یونی به حداقل 50 گیگا پاسکال فشار نیاز دارد، که معادل فشاری است که احتراق سوخت موشک حین شلیک آن ایجاد می‌کند. اما در کمال تعجب، برای انجام موفقیت‌آمیز آزمایش تنها 20 گیگا پاسکال فشار لازم بود!

نکته مهم دیگری که در اینجا باید به آن توجه کرد این است که یخ فوق یونی تنها در سیارات خارجی وجود ندارد. این حالت خاص از آب در داخل زمین هم یافت می‌شود و مسئول حفظ مغناطیس سیاره ما است که به نوبه خود از سطح زمین در برابر تشعشعات مضر و پرتوهای کیهانی محافظت می‌کند.

بنابراین، دانشمندان فکر می‌کنند که مطالعه بیشتر بر روی این ماده جدید می‌تواند به جستجوی سیاراتی در فضا که احتمال حیات در آن‌ها وجود دارد، کمک کند. پراکاپنکا به عنوان رهبر تیم تحقیقاتی معتقد است که این یافته جدید باید زمینه‌ساز مطالعات بیشتر باشد.