Znanstvenici stvorili led koji postoji samo u unutrašnjosti Urana i Neptuna

Francuski tim je u laboratoriju stvorio oblik leda koji ne postoji na Zemljinoj površini, a mogao bi objasniti zašto Uran i Neptun imaju magnetska polja koja se ne uklapaju ni u jedan postojeći model.

Istraživači predvođeni Alexisom Forestierom iz francuske Komisije za alternativnu energiju i atomsku energiju (CEA) stisnuli su mikroskopske uzorke leda između dva dijamanta u takozvanoj dijamantnoj nakovnji, a zatim ih laserima zagrijali na više od 1.800 Kelvina. Pritisak je dosegnuo 230 gigapaskala — više od dva milijuna puta veći od Zemljinog atmosferskog pritiska na razini mora.

Rezultat je bio jasan. Rendgenska difrakcija u Europskom sinkrotronskom postrojenju pokazala je da su se atomi kisika posložili u heksagonalnu rešetku, takozvanu heksagonalnu gusto pakiranu strukturu. Iznad 200 gigapaskala i 1.800 Kelvina ta je forma postala dominantna faza superionskog leda, potisnuvši dotad poznatu kubičnu strukturu.

Superionski led nije led kakav poznajemo iz zamrzivača. U tom stanju atomi kisika ostaju zaključani u čvrstu rešetku, dok vodikove jezgre kroz nju slobodno teku poput tekućine. Zbog toga takav led provodi struju — što je ključna razlika prema običnom ledu.

Zašto su Uran i Neptun čudni

Uran i Neptun imaju magnetska polja koja su nagnuta i pomaknuta u odnosu na os rotacije, što se ne uklapa u modele planetarnih dinama kakvi vrijede za Zemlju ili Jupiter. Znanstvenici već godinama pretpostavljaju da superionski led u njihovim unutrašnjostima igra ključnu ulogu u stvaranju tih polja.

No ako heksagonalna faza ima drukčija električna i mehanička svojstva od kubične, onda dosadašnji modeli unutrašnjosti tih planeta — koji su se temeljili na kubičnoj fazi — mogu biti pogrešni. Autori u radu objavljenom u Physical Review Letters izravno priznaju tu mogućnost: prisutnost prijelaza između kubične i heksagonalne faze u superionskom režimu, poručuju, može imati posljedice za planetarne modele Urana i Neptuna.

To je suzdržana znanstvena formulacija za nešto što je zapravo ozbiljno pitanje: koliko dobro uopće razumijemo planete koje smo posjetili samo jednom, davne 1986. i 1989. godine, i na temelju kojih gradimo cijelu sliku o ledenim divovima izvan Sunčeva sustava?

Laboratorij kao zamjena za svemirsku misiju

Ne možemo kopati po Uranu ni Neptunu. Ne možemo im uzeti uzorak i vratiti ga na Zemlju. Zato znanstvenici rade ono što im preostaje — reproduciraju ekstremne uvjete u laboratoriju i mjere što se događa.

Ta metoda ima granice. Uzorak veličine mikrometra u dijamantnoj nakovnji nije isto što i unutrašnjost planeta velikog poput Neptuna, gdje tlak i temperatura variraju kroz slojeve debljine tisuća kilometara. Laboratorij daje točku na grafikonu, a planet je cijelo polje.

Ipak, upravo takva mjerenja drže modele na životu. Bez novih podataka o fazama leda pri visokim tlakovima, simulacije unutrašnjosti ledenih divova svode se na nagađanje s lijepim jednadžbama.

Pitanje koje nitko ne postavlja

Ako se faza leda mijenja pri tlakovima koji vladaju u unutrašnjosti Urana i Neptuna, koliko su pouzdani modeli egzoplaneta koje svrstavamo u ledene divove — planeta koje nikada nismo vidjeli izbliza, a oko kojih već planiramo tražiti atmosfere i možda biosignature?

Klasifikacija egzoplaneta danas se velikim dijelom oslanja na masu i radijus. Iz tih dviju brojki izvlačimo sastav, a iz sastava zaključujemo o uvjetima na površini i u unutrašnjosti. Ako je fizika leda pri visokim tlakovima pogrešno modelirana, pogrešan je i cijeli lanac zaključaka — od sastava do nastanjivosti.

Ovo istraživanje ne ruši te modele. Ono pokazuje gdje im nedostaje mjerenja. Razlika između te dvije stvari je razlika između znanosti i marketinga.

Znanstvenici iz CEA-e objavili su mjerenja, mehanizam i ograničenja. To je pošten posao. Pitanje je koliko će od tog poštenja preživjeti put do naslovnica koje će od heksagonalne rešetke napraviti senzaciju o „novom ledu” koji „mijenja sve što znamo”.