اكتشف فريق من العلماء في هيئة الطاقة البديلة والطاقة الذرية الفرنسية شكلًا جديدًا وغريبًا من الجليد، قد يسهم في كشف طبيعة باطن كوكبي أورانوس ونبتون، وفهم مجالاتهما المغناطيسية غير المألوفة وبنيتهما الداخلية العميقة.

ووفق دراسة نُشرت في دورية «فيزيكال ريفيو ليترز»، فإن الجليد الموجود في أعماق الكوكبين لا يشبه مكعبات الثلج المعتادة، بل يتحول تحت تأثير الحرارة والضغط الهائلين إلى حالة تُعرف باسم «الجليد فائق الأيونية».

وفي هذه الحالة، تنتظم ذرات الأكسجين في شبكة صلبة، بينما تتحرك أنوية الهيدروجين بحرية عبرها كما لو كانت سائلًا، ما يمنح المادة قدرة على توصيل الكهرباء.

جليد غريب في ظروف قاسية

رصدت المركبة الفضائية «فوييجر 2»، خلال تحليقها بالقرب من أورانوس عام 1986، مجالًا مغناطيسيًا يتميز بانحراف كبير لثنائي القطب عن مركز الكوكب، فضلًا عن اختلاف محور المجال المغناطيسي عن محور دوران الكوكب. وبعد ثلاث سنوات، اكتشفت المركبة خصائص مماثلة في المجال المغناطيسي لكوكب نبتون.

ويُعتقد أن المجالات المغناطيسية للكوكبين العملاقين الجليديين قد تتولد من طبقة وشاح مكوّنة من «الجليد فائق الأيونية». ورغم معرفة العلماء بوجود هذا الجليد الساخن والموصل للكهرباء، فإن الأشكال البلورية المحددة التي يتخذها ظلت غير معروفة.

ولفهم سلوك الجليد في أعماق أورانوس ونبتون، لجأ الباحثون إلى محاكاة الظروف القاسية داخل المختبر، بقيادة أليكسيس فوريستير من هيئة الطاقة البديلة والطاقة الذرية الفرنسية.

وضغط الفريق عينات من الجليد بين ماسّتين شديدتي الصلابة داخل جهاز يُعرف باسم «خلية سندان الماس»، ثم سخّنها باستخدام أشعة الليزر إلى درجة حرارة تجاوزت 1800 كلفن، وعرّضها لضغوط بلغت 230 غيغاباسكال، أي أكثر من مليوني ضعف الضغط الجوي على الأرض.

وكشفت قياسات حيود الأشعة السينية، التي أُجريت في المرفق الأوروبي لإشعاع السنكروترون، عن انتظام ذرات الأكسجين في نمط يُعرف باسم «الترتيب السداسي المتراص».

وعند تجاوز الضغط 200 غيغاباسكال ودرجة الحرارة 1800 كلفن، أصبح هذا الطور الشكل السائد للجليد فائق الأيونية، ليحل محل طور «المكعب متمركز الوجه»، وفقًا لما أورده الفريق في دراسته.

وقال مؤلفو البحث: «نعلن عن رصد قاطع لطور جديد من جليد الماء، تتخذ فيه ذرات الأكسجين ترتيبًا شبكيًا فرعيًا سداسيًا متراصًا».

تداعيات على فهم الكواكب

وأوضح الباحثون، في بيان صدر الجمعة، أن أهمية الاكتشاف تكمن في إمكانية إسهامه في تكوين صورة أوضح عن العمليات التي تجري في الأعماق السحيقة للكواكب العملاقة الجليدية في النظام الشمسي.

ويُعتقد أن «الجليد فائق الأيونية» يؤدي دورًا في توليد المجالات المغناطيسية غير المألوفة لأورانوس ونبتون. وبما أن الشكل السداسي للبلورات قد يمتلك خصائص كهربائية وميكانيكية تختلف عن تلك الموجودة في الشكل المكعب، فإن الاكتشاف الجديد قد يدفع العلماء إلى إعادة النظر في نماذج محاكاة البنية الداخلية للكوكبين.

وأضاف الباحثون أن الانتقال من النمط البلوري المعروف إلى النمط الجديد قد تكون له «تداعيات مهمة» على فهم النماذج الكوكبية لأورانوس ونبتون.