Fransa’da araştırmacılar, suyun aşırı basınç ve sıcaklık altında alışılmış katı-sıvı ayrımının dışına çıkan yeni bir yapısını gözlemledi. Dr. Alexis Forestier liderliğindeki ekip, su örneklerini elmas uçlar arasında sıkıştırarak 230 gigapaskala kadar basınca maruz bıraktı ve lazerlerle 2 bin 357 dereceye kadar ısıttı. Bu koşullarda suyun buharlaşmak yerine, daha önce teorik çalışmalarla öngörülen “sıkı paketlenmiş altıgen” yapıya sahip süperiyonik buz evresine geçtiği belirlendi.
SU BİNLERCE DERECEDE NASIL BUZ KALABİLİYOR?
Gündelik koşullarda sıcaklığın yükselmesi buzun erimesine, daha fazla enerji verilmesi ise suyun buharlaşmasına yol açıyor. Ancak basınç milyonlarca atmosfer seviyesine çıktığında su moleküllerinin davranışı tamamen değişebiliyor. Çok yüksek basınç, atomların birbirinden uzaklaşmasını zorlaştırdığı için sıcaklık binlerce dereceye ulaşsa bile madde sıradan bir gaz haline geçemiyor. Böylece Dünya yüzeyinde karşılaşılmayan, yalnızca aşırı basınç ve sıcaklığın birlikte bulunduğu ortamlarda ortaya çıkabilen farklı madde evreleri oluşabiliyor.
SÜPERİYONİK BUZUN FARKI NE?
Süperiyonik buz, klasik anlamdaki buzdan oldukça farklı özellik gösteriyor. Bu yapıda oksijen atomları kristal bir kafes oluşturarak büyük ölçüde sabit konumlarını korurken, hidrojen parçacıkları kafesin içinde yüksek hareketliliğe sahip oluyor. Bu nedenle madde bir yönüyle katı kristale, diğer yönüyle ise hareketli parçacıklar içeren bir sıvıya benziyor. Hidrojenin bu hareketliliği aynı zamanda süperiyonik yapının elektriksel ve iyonik iletim özelliklerini gezegen bilimi açısından önemli hale getiriyor.
GEZEGENLERİN DERİNLİKLERİ LABORATUVARDA TAKLİT EDİLDİ
Bu tür deneylerde kullanılan elmas örs hücreleri, çok küçük su örneklerinin son derece yüksek basınçlara çıkarılmasını sağlıyor. Numunenin lazerle eş zamanlı olarak ısıtılması ise büyük gezegenlerin derin katmanlarında karşılaşılabileceği düşünülen koşulların laboratuvar ortamında oluşturulmasına imkân veriyor. Araştırmacılar kristal yapının nasıl değiştiğini ışın kırınımı gibi yöntemlerle izleyerek oksijen atomlarının hangi düzende yerleştiğini belirleyebiliyor. Son çalışma, yüksek basınç ve sıcaklıkta altıgen sıkı paketlenmiş yapının süperiyonik bölgede kararlı hale gelebileceğine ilişkin doğrudan deneysel kanıt sağlıyor.
URANÜS VE NEPTÜN İÇİN NEDEN ÖNEMLİ?
Bulguların en önemli sonuçlarından biri Uranüs ve Neptün gibi “buz devi” olarak sınıflandırılan gezegenlerin iç yapısına ilişkin modellerle bağlantılı. Bu gezegenlerin derinliklerinde suyun yanı sıra farklı uçucu maddelerin de aşırı basınç ve sıcaklık altında bulunduğu düşünülüyor. Süperiyonik haldeki suyun hareketli hidrojen parçacıkları nedeniyle elektriksel iletkenlik gösterebilmesi, gezegenlerin manyetik alanlarını oluşturan dinamo süreçlerinde rol oynayabileceği ihtimalini güçlendiriyor.
GİZEMLİ MANYETİK ALANLARA YENİ AÇIKLAMA
Uranüs ve Neptün’ün manyetik alanları Dünya’nınkinden farklı olarak oldukça karmaşık ve gezegenlerin merkezleriyle belirgin biçimde hizalanmayan yapılara sahip. Bilim insanları uzun süredir bu sıra dışı geometrinin, gezegenlerin iç kesimlerindeki elektriksel olarak iletken katmanların konumu ve hareketleriyle bağlantılı olabileceğini değerlendiriyor. Yeni gözlemlenen altıgen süperiyonik buzun iletim ve mekanik özelliklerinin daha önce modellere dahil edilen diğer süperiyonik yapılardan farklı olması halinde, mevcut gezegen iç yapı ve manyetik alan modellerinin yeniden değerlendirilmesi gerekebilir.
SONUÇLAR TEK BAŞINA GEZEGENLERDEKİ VARLIĞINI KANITLAMIYOR
Laboratuvarda söz konusu yapının oluşturulması, aynı buz evresinin Uranüs veya Neptün’ün belirli katmanlarında kesin olarak bulunduğu anlamına gelmiyor. Gezegenlerin iç ortamları saf sudan oluşmadığı için gerçek koşullarda farklı maddelerin karışımı, sıcaklık dağılımı ve basınç değişimleri kristal yapı üzerinde etkili olabilir. Bu nedenle süperiyonik buzun iletkenliğinin, kararlılık sınırlarının ve diğer maddelerle karıştığında nasıl davrandığının incelenmesi, laboratuvar bulgularının gezegen modellerine ne ölçüde uygulanabileceğini ortaya koymak açısından önem taşıyor.
SUYUN AŞIRI KOŞULLARDAKİ DAVRANIŞI ARAŞTIRILIYOR
Su, basınç ve sıcaklığa bağlı olarak çok sayıda farklı kristal yapı oluşturabilen sıra dışı maddelerden biri olarak biliniyor. Son yıllarda yapılan deneysel çalışmalar, uzun süre yalnızca teorik hesaplamalarla incelenebilen süperiyonik evrelerin laboratuvarda gözlenmesini mümkün hale getirdi. Yeni altıgen yapının doğrulanması da suyun yüksek basınçlı faz diyagramındaki önemli boşluklardan birini doldururken, gelecekte buz devi gezegenlerin yanı sıra benzer koşullara sahip uzak gezegenlerin iç yapılarının anlaşılmasına yönelik çalışmalara yeni veri sağlayabilir.
