Необычные свойства воды под экстремальными условиями: возможное объяснение алмазным дождям на Уране и Нептуне
Недавние исследования показали, что экстремальные температурные и давления могут превращать воду в уникальную форму — сверхкислотную жидкость, обладающую свойствами, которые ставят под сомнение привычные представления о воде. Эти открытия могут пролить свет на загадочные явления, происходящие на ледяных гигантах нашей солнечной системы, таких как Уран и Нептун, где, как предполагается, идут алмазные дожди.
По утверждению химика Флавио Сиро Бриджиано из Университета Сорбонны, при температурах от 2000 до 3000 К (примерно от 1727 до 2727 °C) и давлении от 22 до 69 ГПа вода становится удивительно мощной кислотой, которую можно охарактеризовать как «суперкислоту». Интересно, что её кислотность может превышать серную кислоту на миллиарды или даже триллионы раз. Для наглядности: температура в 2727 °C соответствует горячим точкам солнечных пятен, а давление в 50 ГПа может быть проиллюстрировано как «сто слонов на кончике вашего пальца», объясняет Бриджиано.
Это открытие стало возможным благодаря молекулярно-динамическим симуляциям на основе квантовой механики, выполненным с использованием современных алгоритмов машинного обучения. Подробные результаты исследования доступны на сервере препринтов arXiv, что позволяет другими ученым ознакомиться с методами и выводами.
Кроме того, исследователи изучили взаимодействие суперкислоты с метаном при аналогичных экстремальных условиях. Оказалось, вода в состоянии суперкислоты может протонировать метан (CH₄), приводя к образованию нестабильных ионов CH₅⁺, которые в результате превращений могут переходить в наноалмазы. Эта гипотеза подтверждает теории, выдвинутые ранее другими учеными о наличии алмазных дождей на Уране и Нептуне.
Тем не менее, профессор Джоэл Боуман из Университета Эмори в Атланте отметил, что подобные превращения воды в суперкислоту, хоть и интригующие, имеют ограниченное практическое применение, поскольку требуют крайне жестких условий. Он также подчеркивает спекулятивный характер связи между суперкислотной водой и алмазным дождём.
Современные исследования и эксперименты направлены на поиск путей достижения состояния суперкислоты при более умеренных давлениях и температурах. Ученые надеются получить эмпирические подтверждения своих теоретических моделей, что откроет новые горизонты как для исследовательской науки, так и для практического применения этих знаний.
В целях дальнейшего изучения специфики таких процессов следует учитывать, что пока нашим учёным удаётся лишь теоретически моделировать условия, существующие на планетах-гигантах. Тем не менее, дата, когда мы сможем осуществить реальные аналогичные эксперименты в лаборатории, может кардинально изменить наше понимание динамики объектов в условиях, приближенных к экзопланетам.
