พบสถานะใหม่ของน้ำ ‘น้ำแข็งซุปเปอร์อิออน’ ร้อนยิ่งกว่าผิวดวงอาทิตย์

น้ำแข็งประเภทนี้เรียกว่า “น้ำแข็งซุปเปอร์อิออน (Superionic ice)” ซึ่งจะมีประมาณ 20 เฟส เพื่อจะก่อตัวเป็นโครงสร้างแบบนี้ ซึ่งรวมถึงน้ำแข็ง ของเหลวและไอระเหย ตอนนี้นักวิจัยรายงานใน Nature Physics เกี่ยวกับการค้นพบและการกำหนดลักษณะของน้ำแข็งซุปเปอร์อิออน โดยได้ค้นพบวิธีที่จะสร้างน้ำแข็งขึ้นมาใหม่ได้อย่างน่าเชื่อถือและมีเสถียรเป็นเวลานานกว่าที่เคยทำมา เพื่อให้สามารถศึกษาได้

โดยเฟสหนึ่งของซุปเปอร์อิออน เป็นช่วงขยายระหว่าง 200,000 – 600,000 ของความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเล และที่อุณหภูมิหลายร้อยถึงมากกว่าพันองศาเซลเซียส ในขั้นตอนอื่นจะขยายไปถึงครึ่งหนึ่งของความดันที่เกิดขึ้นที่ใจกลางโลกและด้วยอุณหภูมิหลายพันองศาเซลเซียส

“เป็นเรื่องน่าประหลาดใจ ทุกคนคิดว่าเฟสนี้จะไม่ปรากฏขึ้น จนกว่าคุณจะอยู่ในแรงกดดันที่สูงกว่าที่เราพบในครั้งแรก” ผู้เขียนร่วม Vitali Prakapenka ศาสตราจารย์ด้านการวิจัยของมหาวิทยาลัยชิคาโกและนักวิทยาศาสตร์ด้านลำแสงที่ Advanced Photon Source ที่อาร์กอนห้องปฏิบัติการแห่งชาติกล่าวว่า “แต่เราสามารถทำแผนที่คุณสมบัติของน้ำแข็งใหม่นี้ได้อย่างแม่นยำมาก ซึ่งถือเป็นเฟสใหม่ของสสาร ด้วยเครื่องมือที่ทรงพลังหลายอย่าง”

น้ำที่อุณหภูมิสูงขึ้นและแรงกดดันที่น่าเหลือเชื่อ แต่น้ำแข็งยังคงแข็งอยู่ ในขณะที่โครงสร้างอะตอมก็เปลี่ยนไปอย่างมาก และหากลดความดันและอุณหภูมิ น้ำแข็งจะกลับสู่สถานะปกติ

“ลองนึกภาพลูกบาศก์ โครงตาข่ายที่มีอะตอมออกซิเจน โดยที่มุมเชื่อมต่อกันด้วยไฮโดรเจน” Prakapenka กล่าว “เมื่อมันเปลี่ยนเป็นเฟสซุปเปอร์อิออนใหม่นี้ โครงตาข่ายจะขยายตัว ทำให้อะตอมของไฮโดรเจนเคลื่อนที่ไปรอบๆ ในขณะที่อะตอมของออกซิเจนยังคงนิ่งอยู่ในตำแหน่งเดิม มันเหมือนกับตาข่ายออกซิเจนที่เป็นของแข็งซึ่งนั่งอยู่ในมหาสมุทรของอะตอมไฮโดรเจนที่ลอยอยู่”

น้ำแข็งซุปเปอร์อิออนมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำแข็งทั่วไป ซึ่งเราทราบอยู่แล้วว่ามีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่เป็นของเหลว มันยังเปลี่ยนสีอีกด้วย แม้ว่าน้ำแข็งในน้ำจะใสจนเป็นสีขาวขุ่นได้ ขึ้นอยู่กับว่าน้ำแข็งแข็งตัวอย่างไร แต่น้ำแข็งซุปเปอร์อิออนจะสีเข้มกว่าเมื่อทำปฏิกิริยากับแสงที่ต่างกัน

“มันเป็นสถานะใหม่ของสสาร ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้วมันทำหน้าที่เป็นวัสดุใหม่ และอาจแตกต่างจากที่เราคิด” Prakapenka กล่าว

สุดท้ายนี้ นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์เชื่อว่า สภาวะสุดขั้วที่คล้ายคลึงกันในด้านความดันและอุณหภูมิ อาจมีอยู่ในดาวเนปจูนและดาวยูเรนัสเช่นเดียวกับดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็งอื่นๆ นอกระบบสุริยะ การทำความเข้าใจคุณสมบัติของน้ำแข็งซุปเปอร์อิออน อาจช่วยให้เราเข้าใจคุณสมบัติของดาวเคราะห์เหล่านี้ได้มากยิ่งขึ้น

อ่านเรื่องอื่น

• ดาวเทียมแบล็กไนท์ ทฤษฏีสมคบคิดของวัตถุลึกลับอายุ 13,000 ปี ที่เทสลาพบสัญญาณ

• พบหลักฐานคลื่นยักษ์ ‘Megaripples’ กวาดล้างไดโนเสาร์หลังดาวหางชนโลก