물을 엄청난 온도와 압력에 노출시킴으로써 생성되는 매우 높은 융점을 가진 '초이온 얼음'의 새로운 형태가 확인되었다는 논문이 발표되었습니다. 물이 풍부한 해왕성 등에 존재한다고 추정되는 초이온 얼음의 연구가 진행됨으로써 이러한 행성이 가지는 특성의 이해가 깊어질 것으로 기대되고 있습니다.
Dynamic compression of water to conditions in ice giant interiors | Scientific Reports
https://www.nature.com/articles/s41598-021-04687-6
Strange Form of Ice Found That Only Melts at Extremely Hot Temperatures : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/strange-form-of-ice-found-that-only-melts-at-extremely-hot-temperatures
Strange Form of Ice Found That Only Melts at Extremely Hot Temperatures
Odd things happen inside planets, where familiar materials are subjected to extreme pressures and heat.
www.sciencealert.com
1988년에 제창되어 2019년에 존재가 확인된 초이온 얼음은 산소원자가 강고한 입방격자에 갇혀 있고 이온화한 수소원자가 마치 금속 내를 흐르는 전자처럼 격자 내를 흐른다는 구조를 가진 물질입니다. 이 구조에 의해 초이온 얼음은 도전성을 가지고 있는 것 외에 융점이 높기 때문에 고온에서도 고체인 채로 유지된다는 특성을 가지고 있습니다.
초이온 얼음은 물이라는 익숙한 물질의 매우 특별한 형태이지만 우주에서 가장 흔한 물의 형태일 수 있으며 천왕성과 해왕성 또는 유사한 태양계외 행성의 내부에도 풍부하게 존재하고 있다고 생각되고 있기 때문에 이런 종류의 행성에 대한 이해를 깊게 하는데 중요시되고 있습니다.
스탠포드 대학의 물리학자인 알리안나 그리슨 씨는 2장의 다이아몬드층에 끼인 물의 조각에 매우 강력한 레이저를 조사하는 실험을 실시했습니다.
그 결과 연속적인 충격에 의해 압력은 200GPa(200만 기압), 온도는 5000K(약 4726℃)까지 상승했습니다. 또 X선 회절에 의해 고온에서 고밀도인 얼음의 결정구조도 밝혀졌습니다.
게다가 이 얼음의 결정은 2019년에 관측된 초이온 얼음과는 다른 새로운 상인 것이 확인되었다고 합니다. 이번에 발견된 얼음 XIX는 체심입방구조(BCC)를 가지고 있어서 2019년에 발견된 얼음 XVIII에 비해 도전성이 향상했습니다.
초이온 얼음의 전도성이 중요한 것은 움직이는 하전입자가 행성의 자기장을 발생시키기 때문입니다. 그리슨 씨는 해왕성의 핵에는 전도성이 다른 2개의 초이온 얼음의 상이 있다고 생각하고 있으며, 특히 이번에 발견된 얼음 XIX와 같은 높은 전도성의 초이온 얼음이 천왕성이나 해왕성에서 관측되고 있는 이상한 다극성 자기장의 발생으로 이어질 것이라고 보았습니다.
아래의 이미지는 그리슨 씨가 예상하고 있는 해왕성 내부의 모습으로, 초이온 고체인 BCC와 면심입방격자구조(FCC)라는 2개의 층을 가지고 있습니다.
그리슨 씨는 논문에서 “물이 풍부한 해왕성형 태양계외 행성의 발견에 의해 행성 내부와 관련된 압력이나 온도조건에서 물의 상도를 더 상세하게 이해할 필요가 드러났다"고 보았습니다.
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