جليد لا يذوب إلّا بدرجات حرارة عالية !

تحدث أشياء غريبة داخل الكواكب؛ حيث تتعرض المواد المألوفة لضغوط شديدة وحرارة. ومن المحتمل أن تتحرك ذرات الحديد داخل النواة الداخلية الصلبة للأرض، كما أنه من المحتمل أن يتشكل الجليد الثقيل الأسود الساخن (وهو صلب وسائل في نفس الوقت) داخل عملاقي الغاز الغنيين بالمياه (أورانوس ونبتون).

فقبل خمس سنوات، أعاد العلماء إنشاء هذا الجليد الغريب، الذي يُطلق عليه «الجليد الفائق التأين»، لأول مرة في التجارب المعملية؛ وقبل أربع سنوات أكدوا وجوده وبنيته البلورية.

ثم في العام الماضي فقط، اكتشف الباحثون في عدة جامعات بالولايات المتحدة مرحلة جديدة من الجليد فائق التأين.

إن اكتشافهم هذا يعمق فهمنا لسبب امتلاك أورانوس ونبتون لمجالات مغناطيسية غير منتظمة ذات أقطاب متعددة.

وفي محيطنا الأرضي معذور من يعتقد أن الماء هو جزيء بسيط على شكل مرفق يتكون من ذرة أكسجين واحدة مرتبطة بذرتي هيدروجين تستقر في موضع ثابت عندما يتجمد الماء. لكن الجليد الفائق التأين يختلف بشكل غريب، ومع ذلك قد يكون من بين أكثر أشكال المياه وفرة في الكون، حيث يُفترض أنه لا يملأ الأجزاء الداخلية لأورانوس ونبتون فحسب، بل أيضًا الكواكب الخارجية المماثلة. إذ تتمتع هذه الكواكب بضغوط شديدة تبلغ مليوني ضعف الضغط الجوي للأرض، كما أن باطنها حار مثل سطح الشمس، وهو المكان الذي تصبح فيه المياه غريبة.

وقد أكد العلماء عام 2019 ما توقعه الفيزيائيون عام 1988 «وجود هيكل تكون فيه ذرات الأكسجين في الجليد فائق التأين محصورة في شبكة مكعبة صلبة، بينما تتحرر ذرات الهيدروجين المتأينة، وتتدفق خلال تلك الشبكة مثل الإلكترونات عبر المعادن. وهذا يعطي الجليد الفائق التأين خصائصه الموصلة. كما أنه يرفع درجة انصهاره بحيث يظل الماء المتجمد صلبًا عند درجات حرارة عالية».

وفي الدراسة الجديدة، قام العلماء  بقصف شرائح رقيقة من الماء، محصورة بين طبقتين من الماس، ببعض أشعة الليزر القوية. وقد أدت موجات الصدمة المتعاقبة إلى رفع الضغط إلى 200 غيغا باسكال (2 مليون ضغط جوي) ودرجات حرارة تصل إلى حوالى 5000 كلفن (8500 درجة فهرنهايت)؛ وهي درجة حرارة أعلى من درجات حرارة تجارب 2019، ولكن عند ضغوط أقل.

حيث تتطلب الاكتشافات الحديثة للكواكب الخارجية الشبيهة بنبتون والغنية بالمياه فهمًا أكثر تفصيلاً لمخطط طور الماء عند ظروف الضغط ودرجة الحرارة ذات الصلة بتصميماتها الداخلية الكوكبية،

حيث  أنه اعتبارًا من كانون الثاني 2022 كشف حيود الأشعة السينية بعد ذلك عن البنية البلورية الساخنة والكثيفة للجليد، على الرغم من الحفاظ على ظروف الضغط ودرجة الحرارة لمدة جزء من الثانية فقط. كما أكدت أنماط الحيود الناتجة أن بلورات الجليد كانت في الواقع مرحلة جديدة متميزة عن الجليد فائق التأين الذي تم رصده عام 2019. علما ان الجليد فائق التأين المكتشف حديثًا (Ice XIX) له هيكل مكعب متمركز حول الجسم وموصلية متزايدة مقارنة بسابقه من عام 2019 (Ice XVIII)؛ إذ تعد الموصلية مهمة هنا لأن الجسيمات المشحونة المتحركة تولد مجالات مغناطيسية. وهذا هو أساس نظرية الدينامو، التي تصف كيف أن السوائل الموصلة، مثل غطاء الأرض أو داخل جرم سماوي آخر، تؤدي إلى ظهور مجالات مغناطيسية. فإذا تم امتصاص المزيد من الأجزاء الداخلية لعملاق جليدي يشبه نبتون بواسطة مادة صلبة طرية، والقليل منها بواسطة سائل دوار، فسيغير ذلك نوع المجال المغناطيسي الناتج.

وإذا كان هذا الكوكب يحتوي على طبقتين فائقتي التأين لهما موصلية مختلفة، كما تقترح غليسون وزملاؤها، فإن المجال المغناطيسي الناتج عن الطبقة السائلة الخارجية سيتفاعل مع كل منهما بشكل مختلف، ما يجعل الأمور أكثر غرابة.

وقد استنتج العلماء أن الموصلية المعززة لطبقة من الجليد الفائق التأين المشابه لـ Ice XIX من شأنها أن تعزز توليد مجالات مغناطيسية متزعزعة ومتعددة الأقطاب مثل تلك المنبعثة من أورانوس ونبتون. فإذا كان الأمر كذلك، فستكون نتيجة مرضية بعد مرور أكثر من 30 عامًا على تحليق المسبار الفضائي «فوييجر 2» التابع لوكالة الفضاء الأميركية (ناسا)، والذي تم إطلاقه عام 1977، بالقرب من العملاقين الجليديين في نظامنا الشمسي وقياس مجالاتهما المغناطيسية غير العادية.