Представьте планету, где компас ведёт себя как сумасшедший. Магнитные полюса разбросаны где попало, а само поле похоже на хаотичный клубок силовых линий. Так выглядит магнитное поле Нептуна, самой дальней планеты-гиганта в нашей системе. Более 30 лет, с момента пролёта «Вояджера-2», эта аномалия оставалась одной из главных загадок Солнечной системы. Но теперь, кажется, учёные нашли ключ. И создали невероятное вещество, которое его открывает, — прямо здесь, на Земле.
Почему Нептун — магнитный «мутант»?
Для начала стоит понять масштаб странности. Магнитное поле Земли дипольное. У него есть более-менее чёткие северный и южный полюса, которые примерно совпадают с географическими. У Нептуна (и его «близнеца» Урана) всё иначе. Его поле смещено от центра планеты почти на половину радиуса и наклонено под углом 47 градусов. А самое удивительное — у него четыре магнитных полюса, а не два. Это делает поле слабым, ломаным и невероятно сложным. Что же порождает такой хаос в недрах ледяного гиганта?
Долгое время главным подозреваемым считалось экзотическое состояние вещества — «суперионная вода» или «горячий чёрный лёд». Это не лёд в нашем понимании и не вода. При чудовищном давлении в миллионы атмосфер и температуре в тысячи градусов, которые царят в недрах Нептуна, вода распадается на ионы и ведёт себя как твердый кристалл и проводящая жидкость одновременно. Представьте решётку из атомов кислорода, в которой, как свободные электроны в металле, «текут» ионы водорода. Именно этот «ионный ток» и мог бы генерировать то самое странное, многополярное магнитное поле.
Невозможный эксперимент: как на Земле воссоздали ядро планеты
Гипотеза была красивой, но проверить её казалось невозможным. Как смоделировать в лаборатории условия, сравнимые с сердцем планеты-гиганта? Европейская команда учёных из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Сорбонны нашла способ.
Их установка — это высший пилотаж экспериментальной физики:
- Алмазные наковальни сжимали микроскопическую каплю воды до давления в 1,8 миллиона атмосфер (в 1,8 миллиона раз больше, чем на поверхности Земли).
- Мощнейшие лазеры за доли секунды разогревали этот сжатый образец до температур около 2500 Кельвинов (выше температуры плавления железа).
- В этот момент, длящийся несколько триллионных долей секунды, вода и переходила в то самое суперионное состояние.
- Уловить и зафиксировать структуру этого мимолётного «чёрного льда» помогли сверхчувствительные рентгеновские импульсы.
Фактически, учёные на мгновение создали на Земле вещество, которое в естественном виде существует только в ядрах далёких миров.
Что это открытие меняет?
Эксперимент принёс два важнейших результата.
Во-первых, существование суперионной воды было подтверждено на практике. Теория блестяще выдержала проверку.
Во-вторых, выяснилось, что её структура ещё сложнее, чем думали. Раньше предполагали, что есть чёткая граница перехода между разными типами кристаллических решёток. Опыт показал, что при разном давлении и температуре решётки могут накладываться, создавая неоднородную, «размытую» структуру. Именно такая внутренняя неоднородность и хаотичность могла породить столь же хаотичное магнитное поле Нептуна.
Что дальше? От ледяных гигантов к новым мирам
Это открытие — не просто ради любопытства. Оно меняет наше понимание целого класса планет.
- Разгадка для Урана и Нептуна: Мы стали на шаг ближе к построению точной модели внутреннего строения этих гигантов. Их магнитные поля — это прямое окно в недра, и теперь мы лучше понимаем, что там происходит.
- Ключ к экзопланетам: Большинство открытых планет у других звёзд — это так называемые «мини-Нептуны». Понимание физики и магнетизма наших ледяных гигантов критически важно, чтобы представить, как устроены эти миры, есть ли у них защитные магнитные щиты и может ли там существовать жизнь.
- Новые горизонты физики: Изучение экстремальных состояний материи расширяет границы наших знаний. Технологии, созданные для таких экспериментов, находят применение в материаловедении, энергетике и других областях.
Эксперимент длился триллионные доли секунды, но его значение — огромно. Он показал, что чтобы разгадать тайны далёких космических объектов, не всегда нужно лететь к ним десятилетиями. Иногда достаточно гениальной идеи, алмазных наковален и лазера, чтобы заглянуть в самое сердце планеты, до которой 4.5 миллиарда километров. И пока мы мечтаем о новых миссиях к Урану и Нептуну, их главные секреты начинают раскрываться в земных лабораториях.
Что вы думаете о таких экспериментах? Может лучше направить все силы на прямые космические миссии? Делитесь мнением в комментариях!
Читайте также: