كشفت محاكاة كمية جديدة عن حالة superionic شبه أحادية البعد لـ carbon hydride (CH) في أعماق كوكبي Uranus و Neptune، حيث يشكل الكربون إطارًا مستقرًا ويتحرك الهيدروجين على طول مسارات حلزونية تحت ضغوط 500-3,000 GPa ودرجات حرارة 4,000-6,000 K. هذه المرحلة الغريبة، على عكس المواد superionic النموذجية، يمكن أن تفسر الحقول المغناطيسية غير العادية للكواكب من خلال التأثير على تدفق الحرارة والكهرباء. يبرز الباحثان Cong Liu و Ronald Cohen تفردها في 'hot ices' الكواكبية من الماء والميثان والأمونيا، وسط اهتمام متزايد من أكثر من 6,000 اكتشاف exoplanet.
بصفته المؤسس والصوت البحثي الرئيسي في Kodawire، يتمتع إيليا توبس بأكثر من 15 عامًا من الخبرة في تشريح الأنظمة الجيوسياسية والمالية المعقدة. يركز عمله على الحوكمة الأخلاقية للتقنيات الناشئة، والهياكل المتغيرة للتمويل العالمي، ومستقبل التربية في عالم رقمي. بصفته مدافعًا قويًا عن الصحافة عالية الدقة، أنشأ Kodawire ليكون ملاذًا للذكاء العميق. وبالابتعاد عن الطبيعة العابرة للعناوين الحديثة، يقدم Kodawire رؤى دائمة وموثقة تتحدى الوضع الراهن وتمكن القارئ العالمي.
قد يحدث شيء غير عادي للمادة في أعماق Uranus وNeptune. تشير محاكاة جديدة إلى أن carbon hydride (CH) يمكن أن يشكل حالة فائقة أيونية غريبة تحت ظروف متطرفة.
ازداد الاهتمام بأحشاء الكواكب مع اكتشاف أكثر من 6,000 كوكب خارجي. يحاول الباحثون فهم كيفية تشكل الكواكب وتطورها من خلال دمج الملاحظات والتجارب والمحاكاة، خاصة فيما يتعلق بتوليد المجال المغناطيسي، كما في دراسات مثل تلك من JWST.
تحتوي أورانوس ونبتون على طبقات من «الثلوج الساخنة» تحت أجوائهما الخارجية، مصنوعة من الماء والميثان والأمونيا. تحت الضغط والحرارة الشديدين، تتصرف هذه المركبات بطرق غير مألوفة.
Cong Liu وRonald Cohen أجروا محاكاة كمومية مفصلة باستخدام الحوسبة عالية الأداء والتعلم الآلي. دراستهم المنشورة في Nature Communications اختبرت ضغوطًا بين 500 و3,000 جيجاباسكال ودرجات حرارة من 4,000 إلى 6,000 كلفن.
ركزوا على carbon hydride (CH)، وهو مزيج بسيط من الكربون والهيدروجين الشائع في أحشاء الكواكب. تحت هذه الظروف، أظهر المادة سلوكيات لم تُرَ على الأرض.
مفهوم لهيكل كربون-هيدروجين حلزوني فائق الأيون داخل نبتون تحت ظروف متطرفة. الائتمان: Cong Liu
حالة فائقة أيونية حلزونية
كشفت المحاكاة عن حالة فائقة أيونية شبه أحادية البعد. في هذه المرحلة، تشكل ذرات الكربون إطارًا مستقرًا، بينما تتحرك ذرات الهيدروجين عبره على مسارات حلزونية هليكالية.
«هذه المرحلة الكربون-هيدروجين الجديدة المتوقعة مذهلة بشكل خاص لأن حركة الذرات ليست ثلاثية الأبعاد بالكامل. بدلاً من ذلك، تتحرك الهيدروجين بشكل مفضل على طول مسارات هليكالية محددة جيدًا مدمجة داخل هيكل كربوني مرتب.»
Ronald Cohen
تتصرف حالات فائقة الأيونات جزئيًا مثل المواد الصلبة وجزئيًا مثل السوائل. هنا، تكون حركة الهيدروجين اتجاهية ومسيطر عليها.
هيكل محاكى لهيدريد الكربون تحت ظروف متطرفة. الائتمان: Nature تصوير لانتشار الهيدروجين الهليكالي في هيدريد الكربون فائق الأيون. (الائتمان: Dmitry Voronov عبر Pexels)
الآثار على المجالات المغناطيسية الكوكبية
يمكن لهذه الحركة أن تؤثر على نقل الحرارة والكهرباء، والتي ترتبط بتوليد المجال المغناطيسي، تمامًا مثل ملاحظات تلسكوبات الفضاء المتقدمة للظواهر الكونية.
لدى أورانوس ونبتون مجالات مغناطيسية بشكل غير عادي. طبقة بهذا السلوك الاتجاهي يمكن أن تساعد في تفسيرها. تتوافق مثل هذه الرؤى مع المهام المستمرة مثل ESA Space Rider.
«الكربون والهيدروجين من أكثر العناصر وفرة في مواد الكواكب، ومع ذلك يظل سلوكهما المشترك تحت ظروف كواكب العمالقة بعيدًا عن الفهم الكامل.»
Cong Liu
تُظهر هذه النتائج أن حتى العناصر البسيطة يمكن أن تتصرف بشكل غير متوقع تحت ظروف متطرفة.
