물을 엄청난 온도와 압력에 노출시킴으로써 생성되는, 매우 높은 융점을 가진 "초이온 얼음"의 새로운 형태가 확인되었다는 논문이 발표되었다. 물이 풍부한 해왕성 등에 존재하는 것으로 알려진 초이온 얼음 연구가 진행됨으로써, 이들 행성이 가진 특성에 대한 이해가 깊어질 것으로 기대되고 있다.
1988년 제창돼, 2019년 존재가 확인된 초이온 얼음은, 산소 원자가 견고한 입방 격자에 갇혀 있어, 이온화된 수소 원자가 마치 금속 내를 흐르는 전자처럼 격자 내를 흐르는 구조를 가진 물질. 이 구조에 의해 초이온 얼음은 전도성을 가지고 있으며, 융점이 높기 때문에 고온에서도 고체로 유지되는 특성을 가지고 있다.
초이온 얼음은 물이라고 하는 친숙한 물질의 매우 특수한 형태이지만, 우주에서 가장 일반적인 물의 형태일 가능성이 있고, 천왕성이나 해왕성, 혹은 그와 비슷한 태양계 외 행성 내부에도 풍부하게 존재하고 있다고 생각되기 때문에, 그러한 행성의 이해를 높이는 데 중요시되고 있다.
이번에, 스탠퍼드대 물리학자인 알리안나 글리슨 씨 등은, 두 장의 다이아몬드 층에 낀 물의 얇은 조각에 매우 강력한 레이저를 조사하는 실험을 했다.
그 결과, 연속적인 충격으로 압력은 200GPa(200만기압), 온도는 5000K(약 4726℃)까지 상승했고, 또한 X선 회절에 의해 고온에서 고밀도 얼음 결정 구조도 밝혀졌다.
게다가, 이 얼음 결정은 2019년 관측된 초이온 얼음과는 다른 새로운 상으로 확인됐다고 하는데, 이번에 발견된 19번째 결정구조인 "얼음XIX"는 체심입방구조(BCC)를 갖고 있어, 2019년 발견된 18번째 "얼음XVIII"에 비해 전도성이 향상됐다.
초이온 얼음의 도전성이 중요한 것은, 움직이는 하전 입자가 행성의 자기장을 발생시키기 때문. 글리슨 씨 등은, 해왕성의 핵에는 전도성이 다른 2개의 초이온 얼음상이 있다고 보고 있으며, 특히 이번에 발견된 얼음 XIX와 같은 초이온 얼음층이 전도성을 높이는 것이, 천왕성이나 해왕성에서 관측되는 것과 같은 기묘한 다극성 자기장의 발생으로 이어질 것이라고 제창하고 있다.
아래는, 글리슨 씨 등이 예상하고 있는 해왕성 내부 모습으로, 초이온 고체인 BCC와 면심입방격자구조(FCC) 두 층을 가지고 있다.
글리슨 씨 등은 논문에서 "물이 풍부한 해왕성형 태양계 외 행성의 발견으로, 행성 내부와 관련된 압력이나 온도 조건에서 물의 상도를 보다 상세하게 이해할 필요가 생겼습니다"고 말하고 있다.
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