Uranus och
Neptunus magnetfält är inte lika lätta att förstå som Jupiters, Saturnus eller Jordens.
I jordens inre producerar cirkulationen av den elektroniskt ledande flytande
järn-nickellegeringen magnetism. Djupt inne i Jupiter och Saturnus verkar väte
pressas in i ett metalliskt tillstånd och ge upphov till magnetfält på ungefär
samma vis.
Däremot
antas Uranus och Neptunus magnetfält härröra från cirkulationen av joniskt
ledande medier, där de ingående jonerna själva är laddningsbärare snarare än
bara en stödstruktur som möjliggör flöde av elektroner. Om planetforskare
visste exakt vilka joner och i vilka proportioner som är inblandade skulle de
kanske kunna lista ut varför isjättarnas magnetosfärer är så udda: feljusterade
med planeternas rotationsriktning och förskjutna från deras fysiska centrum.
Skoltech-professorn
Artem R. Oganov är medförfattare till en artikel om fenomenet. Han beskriver
hur jonisk och elektronisk ledningsförmåga skiljer sig åt och var den nyligen
förutspådda jonen passar in i detta: "Vätet som omger Jupiters steniga
kärna vid dessa förhållanden är en flytande metall: Den kan flöda, på samma
sätt som smält järn i jordens inre flyter och dess elektriska ledningsförmåga
beror på de fria elektronerna och väteatomer som pressas samman. I Uranus beskriver Oganov att vätejonerna själva
– det vill säga protoner – är de fria laddningsbärarna. Inte nödvändigtvis som
fristående H+-joner, men kanske i form av hydronium H3O+, ammonium NH4+ och en
rad andra joner. Studien lägger till ytterligare en möjlighet, H4O2+-jonen, som
extremt intressant här.
Skoltech-forskare och deras kinesiska kollegor har
fastställt de förhållanden som möjliggör existensen av en mycket märklig jon.
Den kallas aquodiium och kan förstås som en vanlig neutral vattenmolekyl innehållande två extra protoner vilket resulterar i en dubbel positiv nettoladdning.
Forskarlaget föreslår att jonen kan vara stabil i det inre av isjättarna Uranus
och Neptunus och att den i så fall måste spela en roll i den mekanism som ger
upphov till dessa planeters magnetfält.
Teamet använde avancerade beräkningsverktyg i
studien för att förutsäga vad som händer med fluorvätesyra och vatten under
extrema förhållanden. Resultatet: Givet ett tryck på cirka 1,5 miljoner
atmosfärer och en temperatur runt 3 000 grader Celsius dyker välseparerad aquodiium H4O2+-joner upp i datasimuleringen.
Forskarna tror att deras nyupptäckta jon borde spela
en viktig roll för beteendet och egenskaperna hos vattenbaserade medier, särskilt
de som är under tryck och innehåller syra. Detta motsvarar ungefär
förhållandena på Uranus och Neptunus, där ett oerhört djupt liggande flytande
vattenhav producerar extremt högt tryck och en viss mängd syra kan också
förväntas där. Om så är fallet kommer aquodiiumjoner att bildas och genom att dess joner finns i havets cirkulation kommer de att bidra till dessa planeters magnetfält och
andra egenskaper på ett sätt som skiljer sig från andra joners. Kanske kan
aquodiium till och med bilda ännu okända mineraler under dessa extrema
förhållanden. Aquodiium h kan
konceptualiseras som en vanlig neutral vattenmolekyl med ytterligare två
protoner fastsatta på den,
Studien publicerades i Physical Review B.
Bild vikipedia. Uranus, bild tagen av Voyager 2.
