รู้จักน้ำแข็งที่ ‘ร้อน’ กว่าพระอาทิตย์ อุณหภูมิสูงกว่า 1 พันองศาเซลเซียส แต่ไม่ละลาย
ปกติถ้าเราคิดถึง ‘ความเย็น’ สิ่งที่เราจะจินตนาการถึงย่อมต้องเป็นภาพ ‘น้ำแข็ง’ เพราะว่าน้ำแข็งเป็นไอคอนของอุณหภูมิต่ำโดยแท้ มันคือสสารที่เกิดขึ้นเมื่อน้ำเจอกับอุณหภูมิที่ต่ำจนแข็งตัว แต่มันเป็นเช่นนั้นเสมอไปไหม?
คำตอบคือ ‘ไม่’ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ น้ำแข็งสามารถ ‘ร้อน’ ได้ยิ่งกว่าพื้นผิวของดวงอาทิตย์ โดยที่ไม่ละลายกลายเป็นของเหลวด้วยซ้ำ
นักวิทยาศาสตร์น้ำแข็งที่เรียกว่า ‘น้ำแข็งซูเปอร์ไอออนนิก’ ที่น้ำสามารถก่อโครงสร้างเป็นของแข็งได้จริง โดยรายงานวิจัยจากวารสารเนเจอร์ ฟิสิกส์ (Nature Physics) ค้นพบการสร้างและเงื่อนไขที่จะทำให้เกิดน้ำแข็งซูเปอร์ไอออนนิกได้บนโลก และมีความเสถียรได้
Superionic ice | iflscience
เงื่อนไขที่สำคัญที่สุดของน้ำแข็งที่ร้อนกว่า 1,000 องศาเซลเซียส คือ ‘ความกดอากาศ’ มหาศาลที่ระดับ 200,000 – 600,000 เท่าของความกดอากาศในระดับน้ำทะเลในเฟสแรก และในเฟสถัดๆ ไปความกดอากาศที่ช่วยก่อโครงสร้างนี้จะสูงขึ้นอีก
‘น้ำแข็งร้อน’ ไม่ใช่ไอเดียที่เพิ่งค้นพบ เนื่องจากวิทยาศาสตร์มีแนวคิดเรื่องน้ำแข็งที่มีอุณหภูมิสูงมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 โดยการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ในการจัดการโมเลกุลของน้ำให้เรียงตัวกันจนเกิดเป็นโครงสร้างน้ำแข็งขึ้น นอกจากอุณหภูมิที่เย็นแล้ว ความร้อนภายใต้ความกดอากาศมหาศาลอาจทำให้เกิดโครงสร้างโมเลกุลแบบเดียวกันได้ แน่นอนว่าในเวลานั้นมันเป็นเพียงแค่ทฤษฎีเท่านั้น
ที่ผ่านมาวิทยาศาสตร์เชื่อว่า น้ำแข็งซูเปอร์ไอออนนิกเป็นสสารที่เกิดขึ้นในดาวเยือกแข็งขนาดใหญ่อย่างยูเรนัสและเนปจูน แต่ในที่สุดนักวิจัยได้สร้างน้ำแข็งซูเปอร์ไอออนนิกขึ้นมาบนโลกได้จริง
Superionic ice | futurecdn
โดยทีมวิจัยของมหาวิทยาลัยชิคาโก (University of Chicago) และนักวิทยาศาสตร์ด้านลำแสงจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติสหรัฐฯ อากอนเน (Argonne National Laboratory) ด้วยการใช้ลำแสงยิงไปน้ำเพื่อสร้างความดันและอุณหภูมิมหาศาลขึ้นในเวลาเดียวกันจนน้ำเปลี่ยนโครงสร้างได้สำเร็จ และเมื่อทำการลบความดันและอุณหภูมิออก น้ำแข็งก็กลับสู่สภาพเดิม
หลายคนอาจสงสัยว่าเราต้องการสร้างน้ำแข็งซูเปอร์ไอออนนิกขึ้นมาทำไม เนื่องจากเชื่อว่ามันไม่ใช่สสารที่เกิดขึ้นในดาวโลกของเรา อันที่จริงแล้วการเข้าใจโครงสร้างของน้ำแข็งร้อนนี้จะช่วยให้เราเข้าใจโครงสร้างและปรากฏการณ์ในดาวเคราะห์ทั้งยูเรนัสและเนปจูน ที่มีแกนขั้วแม่เหล็กที่ 59 และ 47 องศา แตกต่างจากดาวเคราะห์อื่นๆ รวมถึงมีสนามแม่เหล็กแปลกประหลาดที่วิทยาศาสตร์ปัจจุบันยังหาคำตอบไม่ได้ แต่เชื่อว่าอาจเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของดาวและความกดอากาศใต้พื้นผิว รวมถึงช่วยให้เราเข้าในดาวเคราะห์อื่นๆ ที่มีเงื่อนไขคล้ายคลึงกันนอกระบบสุริยะด้วย
อ้างอิง
- Iflscience. Type Of Water Ice Hotter Than The Sun’s Surface Is A New Phase Of Matter. https://bit.ly/3nGQhjF
- Inf. Water ice hotter than the sun’s surface. https://bit.ly/33xAsFs
- livescience. Ultrahot ‘superionic’ ice is a new state of matter> https://bit.ly/3545sNv