얼음의 형태는 지구의 맨틀뿐만 아니라 물로 덮인 큰 달과 행성에서도 발견될 수 있습니다.
얼음의 성질과 그 형성 과정은독특하고 다른 재료를 연상시킵니다. 이것은 온도와 압력의 변화에 따라 변한다는 것을 의미합니다. 탄소는 다이아몬드나 흑연을 얻을 수 있는 동일한 논리에 따라 기능합니다. 그러나 과학자들은 얼음이 20개 이상의 고체 형태를 가지고 있다는 것을 알고 있기 때문에 예외가 있습니다.
그들의 연구에서 물리학자들은 레이저 가열과 다이아몬드 모루를 사용하여 새로운 형태의 얼음을 발견했습니다.
얼음은 20개 이상의 단단한 모양을 가지고 있습니다.
연구원들은 새로운 형태의 얼음에 대해 어떻게 알아냈습니까?
우선, 두 개의 다이아몬드 사이에 물을 용기에 담았습니다. 이 메커니즘을 다이아몬드 앤빌 셀이라고 합니다.
두 개의 원뿔 모양의 다이아몬드로 구성되어 있으며,직경 1mm의 영역에 걸쳐 서로 반대편에 위치합니다. 이를 통해 수백만 기압의 압력을 생성할 수 있습니다. 다이아몬드도 투명하므로 연구 중인 샘플을 다양한 방식으로 연구할 수 있습니다. 과학자들은 지구 중심에 존재하는 압력을 재현했습니다.
그 후 다이아몬드 사이에 있는 얼음을 레이저로 가열했습니다. 그것은 부분적으로 녹고 많은 수의 작은 결정으로 변했습니다.
과학자들은 압력을 증가시키고 얼음이Ice VII의 잘 알려진 입방체 형태였으며, Ice VIIT의 새로운 미개척 중간 단계로 바뀌었습니다. 그들은 그것을 정방형이라고 불렀습니다. 그 후, 얼음은 이미 연구된 또 다른 단계인 Ice X로 끝났습니다.
얼음 VII는 수소 원자가 무질서하게 배열된 얼음의 입방체 상입니다.
Ice X는 양성자가 정렬된 대칭 상입니다. 70GPa의 압력에서 얻을 수 있습니다.
연구진에 따르면 예상외로 낮은 압력에서 Ice X 모양이 얻어졌다는 점에 주목했다. 100만 기압이 아니라 30만 기압에 달했다.
"우리의 작업에서 우리는 얻을 수 있음을 보여주었습니다.Ice X 단계를 수행하고 의도한 만큼 높은 압력을 사용하지 마십시오. 이것은 초정밀 측정 덕분에 우리가 얻은 중요한 정보입니다.”라고 UNLV 연구소의 물리학자인 Ashkan Salamat가 말했습니다.
작업 중에 연구원들은 슈퍼컴퓨터를 사용하여 본드 재배선을 시뮬레이션하고 상전이가 발생할 위치를 예측했습니다.
과학자들은 압력을 높이고 얼음이 잘 알려진 입방체 형태의 Ice VII이고 새로운 미개척 중간 단계의 Ice VIIT로 변했다는 것을 발견했습니다.
얼음에는 여러 가지 형태가 있습니까?
그렇습니다. 얼음에는 20가지가 넘는 형태가 있습니다. 전부 나열하지는 않고 처음 7개만 나열하겠습니다. 다른 종에 대한 정보는 공개적으로 이용 가능합니다.
- 무정형 얼음은 물 분자가 무작위로 배열된 결정 구조가 없는 얼음입니다. 그것은 일반 유리의 원자와 같습니다.
- Ice Ih는 정육각형의 결정질 얼음입니다. 여기에는 생물권에 존재하는 거의 모든 얼음이 포함됩니다.
- Ice Ic는 준안정 입방체 결정 얼음입니다. 그것은 -53°C에서 형성되며 -33°C의 낮은 온도에서도 존재할 수 있습니다. 이러한 유형의 얼음은 상층 대기에서 형성될 수 있습니다.
- Ice II는 고도로 정렬된 구조를 가진 능면체 결정질 형태입니다. 이러한 유형의 얼음은 앞서 언급한 Ice Ih를 -63°C에서 -83°C로 압축하여 얻을 수 있습니다.
- Ice III는 정사각형 결정 얼음으로 -23°C의 낮은 온도와 300MPa의 압력에서 생성될 수 있습니다.
- Ice IV는 준안정 능면체 단계입니다. 이 단계는 810 MPa에서 무정형 얼음을 서서히 가열하여 얻을 수 있습니다.
- Ice V는 단사정계 결정상입니다. 물이 -20.15°C, 압력 500MPa로 냉각될 때 형성됩니다.
왜 새로운 단계의 얼음이 지구에서 발견되지 않습니까?
저자에 따르면 새로운 단계를 찾는 것은 거의 불가능합니다.생성에 적합한 조건이 없기 때문에 지구에 얼음이 있습니다. 그러나 그것이 형성되는 조건은 우리 행성의 맨틀뿐만 아니라 큰 위성이나 많은 물을 가진 행성에 있습니다.
저자에 따르면, 여기에 생성에 적합한 조건이 없기 때문에 지구에서 새로운 단계의 얼음을 찾는 것은 거의 불가능합니다.
다양한 형태의 얼음에 대해 알아야 하는 이유는 무엇입니까?
크고 물이 풍부한 행성은 지구에서 멀리 떨어져 있으며 우리 태양계의 일부가 아닙니다. 새로운 정보 덕분에 천문학자들은 이러한 물체에 대해 더 많은 것을 알 수 있게 될 것입니다.
이 작업은 구성 요소에 대한 과학자들의 이해를 바꿀 것입니다.UNLV 연구소의 물리학자인 Ashkan Salamat는 외계 행성이 있다고 말했습니다. 저자들은 새로운 형태의 얼음을 연구하는 것이 연구원들이 태양계 외부의 가능한 외계 생명체에 대해 더 많이 배우는 데 도움이 될 것이라고 제안했습니다.
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