Πείραμα σε μικροσκοπικό δείγμα νερού κάτω από ακραία πίεση και θερμοκρασία οδήγησε στη δημιουργία νέας μορφής πάγου, η οποία σχηματίζεται πάνω από τους 2.000 βαθμούς Κελσίου και δεν αποκλείεται να υπάρχει στο εσωτερικό του Ποσειδώνα και του Ουρανού.
Από το χιόνι στις βουνοκορφές έως τα παγωμένα καλύμματα της Αρκτικής και της Ανταρκτικής, σχεδόν όλος ο πάγος της Γης ανήκει σε μια φάση που ονομάζεται Πάγος Ιh, στην οποία τα άτομα του νερού διατάσσονται σε εξαγωνικούς κρυστάλλους.
Αν και είναι διαδεδομένος στη Γη, ο Πάγος Ιh σπανίζει στο Διάστημα. Η πιο συνηθισμένη μορφή στο Σύμπαν θεωρείται ο άμορφος πάγος, που υπάρχει στον διαστρικό χώρο χωρίς κρυσταλλική δομή.
Όλες οι υπόλοιπες φάσεις του πάγου έχουν κρυσταλλική μορφή. Ανάλογα με τη θερμοκρασία και την πίεση, το νερό σχηματίζει τουλάχιστον 23 μορφές, ή φάσεις, κρυσταλλικού πάγου.
Γάλλοι ερευνητές αναφέρουν στο έγκριτο περιοδικό Physical Review Letters ότι εντόπισαν ακόμη μία φάση, γνωστή προσωρινά ως εξαγωνικά πυκνά διατεταγμένος πάγος (hpc, hexagonal close-packed ice), η οποία, εφόσον επιβεβαιωθεί, αναμένεται να λάβει την επίσημη ονομασία Πάγος ΧΧΙΙΙ.
Πρόκειται για μορφή υπεριοντικού πάγου, όπου οι πυρήνες οξυγόνου σχηματίζουν σταθερό κρυσταλλικό πλέγμα και οι πυρήνες των ατόμων υδρογόνου κινούνται ελεύθερα. Επειδή τα ιόντα υδρογόνου είναι θετικά φορτισμένα, οι υπεριοντικές μορφές πάγου εμφανίζουν υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, σε αντίθεση με τον απλό Πάγο Ih, που είναι μονωτής.
Στον κανονικό πάγο Ih τα μόρια του νερού διατάσσονται σε εξάγωνα. Οι διακεκομμένες γραμμές αντιστοιχούν σε δεσμούς υδρογόνου (Wikimedia Commons)
Η ύπαρξη υπεριοντικού πάγου είχε προταθεί θεωρητικά εδώ και δεκαετίες, όμως επιβεβαιώθηκε πειραματικά μόλις το 2019, όταν ερευνητική ομάδα ανέφερε στο περιοδικό Nature ότι δημιούργησε υπεριοντική φάση με εδροκεντρωμένο κυβικό (fcc) πλέγμα οξυγόνου, γνωστή πλέον ως Πάγος XVIII.
Στη νέα μελέτη, η ομάδα του Αλέξις Φορεσριέ, ερευνητή της γαλλικής Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας και Εναλλακτικών Ενεργειών (CEA) στο Παρίσι, παγίδευσε μικροσκοπικά δείγματα υγρού νερού ανάμεσα σε δύο διαμάντια, ικανά να ασκούν εξαιρετικά υψηλές πιέσεις.
Τα δείγματα και η συμπεριφορά τους εξετάστηκαν με ισχυρή δέσμη ακτίνων Χ στην Ευρωπαϊκή Εγκατάσταση Ακτινοβολίας Σύγχροτρου στη Γκρενόμπλ της Γαλλίας.
Η νέα μορφή πάγου εμφανίστηκε αναμειγμένη με άλλες φάσεις σε θερμοκρασία 1086 βαθμών Κέλβιν, δηλαδή 813 βαθμών Κελσίου, και πίεση 80 gigapascal, περίπου 800.000 φορές υψηλότερη από την πίεση της ατμόσφαιρας στο επίπεδο της θάλασσας.
Η περαιτέρω συμπίεση στα 197 GPa και η θέρμανση στους 2.250 K ενίσχυσαν τις ανακλάσεις του hcp σε σχέση με εκείνες του fcc, γράφουν οι ερευνητές. Στον τελευταίο κύκλο θέρμανσης, έως τους 2.630 K και τα 219 GPa, οι κορυφές του fcc σχεδόν εξαφανίστηκαν και η φάση πάγου hcp κυριάρχησε ξεκάθαρα.
Η ανακάλυψη, σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, ίσως βοηθήσει στην επίλυση του μυστηρίου των μαγνητικών πεδίων του Ουρανού και του Ποσειδώνα, όπου, σε αντίθεση με ό,τι συμβαίνει στη Γη, οι μαγνητικοί πόλοι απέχουν πολύ από τους γεωγραφικούς πόλους.
Στη Γη, το μαγνητικό πεδίο παράγεται από την κίνηση λιωμένων ιόντων σιδήρου στον πυρήνα της. Στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα, η επικρατέστερη θεωρία θέλει το μαγνητικό πεδίο να δημιουργείται από την κίνηση ηλεκτρικών φορτίων σε στρώμα υπεριοντικού πάγου νερού.
Το νερό, μαζί με την αμμωνία και το μεθάνιο, είναι τα κύρια συστατικά των δύο γιγάντιων πλανητών.
Η παρατήρηση ότι μια hcp μορφή υπεριοντικού πάγου ενδέχεται να υπάρχει βαθύτερα στο εσωτερικό περίβλημα των παγωμένων γιγάντων θα μπορούσε, σύμφωνα με τους ερευνητές, να έχει σημαντικές συνέπειες για τη διαστρωμάτωση και τη δυναμική των υπεριοντικών μανδυών τους.
Τα ευρήματά μας θα πρέπει να ενθαρρύνουν περαιτέρω θεωρητική έρευνα για τις φυσικές ιδιότητες του πάγου hcp, ιδίως τη μηχανική του πλαστικότητα και την ηλεκτρική αγωγιμότητά του.
