Nahlíženo našimi pozemskými zkušenostmi, voda je jednoduchá molekula ve tvaru kolena tvořená jedním atomem kyslíku spojeným se dvěma atomy vodíku.

Vodíky se při teplotě nula stupňů Celsia (bod mrazu) usadí v pevné poloze, voda zmrzne, a tak vznikne led. Pokud led zahřejeme nad bod mrazu, rozpustí se, voda se z pevného skupenství poslušně vrátí do skupenství kapalného.

Tak to funguje v naší přírodě. Jenže existuje i docela jiný led s odlišnou molekulární strukturou, který neroztaje ani při teplotě několika tisíc stupňů Celsia. Takový led může být pekelně horký a může určovat magnetická pole planet. Vědci popsali jak.

Neznámý svět uvnitř planet

Uvnitř planet, kde panují extrémní tlaky a teploty, se dějí zvláštní věci.

Zatímco v pevném vnitřním jádru Země patrně kmitají atomy železa, uvnitř ledových obrů Uranu a Neptunu, bohatých na vodu, se nejspíš tvoří horký, černý a těžký led, který je pevný i tekutý zároveň. Vypadá jako voda, která se zastavila.

Před pěti lety dokázali vědci tento led, nazývaný superiontový, vytvořit v laboratorních podmínkách. Rok poté popsali jeho krystalickou strukturu.

Nejnovější poznatky o něm dodali vědci z několika amerických univerzit a z laboratoře Stanford Linear Accelerator Center v Kalifornii, kteří objevili novou fázi superiontového ledu. Ve své studii vyslovují předpoklad, že led, který popisují, patří mezi nejhojnější formy vody ve vesmíru

Žurnál Science Alert upozorňuje, že jejich výzkum může konečně odpovědět na otázku, nad kterou si vědci lámou hlavu celá desetiletí: Proč mají Uran, Neptun a jim podobné planety s vysokým podílem vody, čpavku a metanu neobvyklá, z našeho pohledu chaotická, magnetická pole se třemi a více póly?

Na těchto planetách panuje extrémní tlak, který je nejméně milionkrát vyšší než tlak v zemské atmosféře, a jejich útroby jsou horké jako povrch Slunce. Právě v nich se voda dostává do neobvyklých podmínek.

Laser, led a diamant

Vědci v roce 2019 potvrdili to, co fyzikové předpověděli už v minulém století – strukturu, v níž jsou atomy kyslíku v superiontovém ledu uzamčeny v pevné krychlové mřížce, zatímco ionizované atomy vodíku jsou volné a proudí mřížkou jako elektrony v kovu. Díky tomu může být superiontový led vodivý.

V dosud nejnovějším výzkumu superiontového ledu, publikovaném v magazínu Scientific Reports, bombardovali Arianna Gleasonová a její spolupracovníci ze Stanford Linear Accelerator Center tenké plátky ledu vložené mezi dvě vrstvy diamantu silnými lasery.

Rázové vlny vytvořily tlak dva miliony atmosfér a teplotu 4 705 stupňů Celsia. Ohyb rentgenového záření pak odhalil krystalickou strukturu horkého hustého ledu, ačkoli tlakové a teplotní podmínky byly udržovány pouze po zlomek sekundy.

Výsledné vzory ohybu (difrakce) potvrdily, že krystalky ledu jsou ve skutečnosti novou fází odlišnou od superiontového ledu pozorovaného v roce 2019. Nově objevený superiontový led Ice XIX má centrovanou krychlovou strukturu a zvýšenou vodivost ve srovnání se svým předchůdcem z roku 2019, Ice XVIII.

Vodivost je u tohoto ledu důležitá, protože pohybující se nabité částice vytvářejí magnetické pole. (Magnetické pole, chránící před škodlivým zářením a vesmírným prachem, vzniká na Zemi prouděním tekutého vnějšího zemského jádra, které se nachází mezi pevným vnitřním jádrem planety a zemským pláštěm a obsahuje především železo a nikl.)

Hosana, máme vysvětlení

Tým profesorky Gleasonové dospěl ve studii k závěru, že právě zvýšená vodivost vrstvy superiontového ledu podobného Ice XIX podporuje podivná, multipolární magnetická pole, jaká vyzařují Uran a Neptun.

Ve zmíněné studii vědci předpokládají, že pokud větší část vnitřku ledového obra zabírá kašovitá pevná látka a menší část vířící kapalina, tak se rychle mění druh vytvářeného magnetického pole. A když má planeta směrem k jádru dvě superiontové vrstvy s různou vodivostí, což může být případ Neptunu, potom je magnetické pole ještě proměnlivější. 

Pokud by to tak vskutku bylo, mohli bychom mít objasnit starou záhadu. Před třemi desítkami let sonda Voyager II prolétla kolem dvou ledových obrů sluneční soustavy a změřila jejich neobvyklá magnetická pole. Tehdy pro ně vědci neměli vysvětlení…