برای اولین بار: مشاهده نوعی بسیار نادر از یخ که فقط در فضا می‌تواند شکل بگیرد

برای اولین بار، دانشمندان یخی را که در زمین نمی‌بینیم، در آزمایشگاه مشاهده کردند؛ حالتی نادر از آب که شاید در اعماق سیارات یخی وجود داشته باشد.

دانشمندان برای نخستین بار توانستند نوعی فاز هیبرید از آب را به‌طور تجربی مشاهده کنند که به‌عنوان «یخ پلاستیک نوع VII» شناخته می‌شود. این نوع یخ، شکلی نادر و غیرمعمول از آب است که تاکنون فقط در فرضیه‌ها پیش‌بینی شده بود. شاید این نام در نگاه اول عجیب به نظر برسد، اما این یخ نادر ممکن است در اقیانوس‌های سیارات دوردست وجود داشته باشد.

به گزارش زومیت، یخ پلاستیک VII (هفت) در شرایطی کاملاً متفاوت از آنچه در زمین تجربه می‌کنیم، شکل می‌گیرد. این فاز فقط زمانی ایجاد می‌شود که دما و فشار به حدی بالا بروند که مولکول‌های آب در ساختاری جدید و نامعمول قرار گیرند. پژوهشگران برای بررسی این پدیده، آب را تا ۶ گیگاپاسکال تحت‌فشار قرار دادند و تا ۳۲۷ درجه‌ی سانتی‌گراد گرم کردند. پژوهشگران در این آزمایش که در مؤسسه‌ی لولانژون در فرانسه انجام شد، تغییرات ساختاری یخ VII را با ابزارهای پیشرفته تحت‌نظر قرار دادند.

بررسی‌های دقیق نشان داد که یخ VII دارای ساختاری مکعبی است، اما برخلاف تصورات اولیه، اتم‌های هیدروژن در آن نظم مشخصی ندارند. یکی از پرسش‌های کلیدی این بود که در حالت «ذوب» برای این یخ چه اتفاقی می‌افتد؟ برخی پژوهشگران این نظریه را مطرح کرده بودند که مولکول‌های آب ثابت می‌مانند و فقط اتم‌های هیدروژن درون ساختارشان حرکت می‌کنند. اما برای اثبات، به ابزاری نیاز بود که بتواند حرکات بسیار ریز اتم‌ها را آشکار کند.

یخ VII ممکن است در نپتون یا اروپای مشتری وجود داشته باشد

پژوهشگران برای پاسخ به پرسش‌های کلیدی، از پراکندگی الاستیک نوترونی کوانتومی استفاده کردند؛ روشی که امکان ردیابی حرکات ظریف ذرات را با استفاده از نوترون‌ها ارائه می‌دهد. ماریا رسینیو، فیزیکدان از دانشگاه ساپینزا رم، می‌گوید: «این روش به ما امکان می‌دهد که حرکت‌های انتقالی و چرخشی را به‌طور هم‌زمان بررسی کنیم. سایر روش‌های طیف‌سنجی قادر به انجام آن نیستند.»

آزمایش پژوهشگران، مدلی را که ۱۷ سال پیش ارائه شده بود، تأیید کرد: اتم‌های هیدروژن درون یخ نوع VII در سطح میکروسکوپی می‌چرخند. اما برخلاف انتظارات اولیه، به‌طور آزادانه حرکت نمی‌کردند، بلکه الگوی چرخش آن‌ها مرحله‌ای و پلکانی بود.

پژوهشگران پدیده‌ی مشاهده‌شده را به تغییرات پیوندهای هیدروژنی میان مولکول‌های آب نسبت می‌دهند. زمانی که این پیوندها شکسته و دوباره برقرار می‌شوند، حرکت هیدروژن‌ها نیز تحت‌تأثیر قرار می‌گیرد. رسینیو توضیح می‌دهد: «نتایج نشان داد که رفتار مولکولی در یخ پلاستیک نوع VII با آنچه انتظار داشتیم، متفاوت است.»

البته، یافته‌ها فقط به بررسی خواص آب در شرایط خاص محدود نمی‌شود، بلکه ممکن است به درک تاریخچه‌ی برخی سیارات و اقمار یخی نیز کمک کند. پژوهشگران احتمال می‌دهند که سیاراتی مانند نپتون یا قمر اروپای مشتری در گذشته از این نوع یخ برخوردار بوده باشند. آزمایش‌های انجام‌شده در زمین می‌توانند نقش مهمی را در رمزگشایی تحولات دنیاهای دوردست ایفا کنند.

اما پرسش دیگری که ذهن دانشمندان را مشغول کرده، نحوه‌ی تغییر فاز آب به یخ پلاستیک نوع VII است. آیا این گذار به‌تدریج رخ می‌دهد، یا ناگهانی و جهشی است؟ مدل‌های نظری در تلاش هستند تا به این پرسش پاسخ دهند.

لیویا بووه، فیزیکدان از دانشگاه ساپینزا رم، این احتمال را مطرح می‌کند که فاز پلاستیک ممکن است مقدمه‌ای برای فاز فرایونی باشد؛ حالتی نظری از آب که در فشار و دمای بسیار بالاتر اتفاق می‌افتد و در آن، هیدروژن‌ها می‌توانند آزادانه در ساختار بلوری اکسیژن حرکت کنند. او می‌گوید: «سناریوی گذار پیوسته بسیار هیجان‌انگیز است، زیرا احتمال می‌رود که فاز پلاستیک در همان مرحله‌ی ابتدایی شکل‌گیری فاز فرایونی باشد.»

یافته‌های دانشمندان نه‌تنها درک ما را از رفتار آب در شرایط فراعادی گسترش می‌دهد، بلکه می‌تواند به بررسی ترکیبات اعماق سیارات دوردست و یافتن شرایطی که امکان شکل‌گیری این ساختارهای غیرمعمول را فراهم کرده‌اند، کمک کند.

یافته‌های پژوهش در نشریه نیچر منتشر شده است.

کانال عصر ایران در تلگرام