Magnetická pole Uranu a Neptunu vědce už desítky let mate: jsou chaotická, nakloněná a asymetrická, vůbec ne jako pole Země, které zůstává relativně stabilní a vyrovnané s osou rotace naší planety.
Nyní se tým vedený Jianem Sunem z Carnegie Institution of Washington domnívá, že našel možné vysvětlení v něčem zcela nečekaném: ve stavu hmoty, který dosud nikdo nepopsal.
Pevné, kapalné a plynné látky
Tradiční dělení hmoty na pevnou, kapalnou a plynnou provází vědu již po staletí. Přidáním plazmatu se tato nabídka rozšířila a v posledních desetiletích fyzikové přidávají hybridní stavy, které stírají hranice mezi kategoriemi. Patří mezi ně tzv. superiontové materiály, v nichž je část atomů pevně fixována v pevné krystalické mřížce, zatímco ostatní v ní volně proudí, jako by byly kapalinou cirkulující uvnitř pevného obalu.
To, co navrhuje Sunův tým, jde podle jeho studie zveřejněné v časopise Nature Communications o krok dál než tento dobře známý jev. Výzkumníci jej nazývají „kvazi-jednoměrný superiontový“ stav, což je technické označení, za nímž se skrývá fascinující myšlenka: pohybující se atomy by se nepohybovaly libovolně, ale pouze po velmi specifických trajektoriích, téměř jako by se pohybovaly po mikroskopických kolejnicích.
Tuhý uhlík a pohybující se vodík
Pomocí vysoce přesných počítačových simulací vědci modelovali chování sloučenin uhlíku a vodíku vystavených teplotám tisíců stupňů Celsia a tlakům, jaké panují uvnitř nejvzdálenějších ledových obrů sluneční soustavy. Na zemském povrchu sotva odoláváme tlaku jedné atmosféry, v nejhlubším místě oceánů, Mariánském příkopu, je to přibližně tisíc atmosfér. V útrobách Uranu a Neptunu se však tlak měří v milionech atmosfér, což je tak extrémní úroveň, že atomy opouštějí své obvyklé chování.
Za těchto podmínek Carnegieho tým ve svých modelech pozoroval, že atomy uhlíku vytvářejí zcela tuhou strukturu, zatímco atomy vodíku jsou v mřížce vedeny po specifických drahách. Výsledek nezapadá do žádné klasické kategorie: nejedná se o běžnou pevnou látku, ani o kapalinu či plyn. Je to něco nového.
Díl, který zapadá do planetární skládačky
Tato zdánlivě drobná nuance má obrovské důsledky, když se převede do měřítka planety. Směr pohybu atomů určuje, jak materiál vede teplo a elektřinu. Pokud by nitro Uranu a Neptunu obsahovalo hmotu schopnou přednostně přenášet energii určitými směry, začala by zvláštní magnetická pole obou planet dávat smysl. Předchozí modely nedokázaly tuto anomálii plně vysvětlit; tento návrh nabízí slibnou cestu vpřed.
Jinými slovy, pochopení posunu několika atomů při kolosálním stlačení by mohlo objasnit globální fungování planet vzdálených od nás miliardy kilometrů.
Teoretická předpověď, ale s precedentem
Autoři upozorňují, že tento nový stav hmoty nebyl přímo pozorován. Zatím se jedná o teoretickou předpověď podpořenou pokročilými simulacemi a stabilní znovuvytvoření takových podmínek v laboratoři zůstává mimořádně obtížné. Přesto historie fyziky vybízí k optimismu: jiné superiontové stavy byly nejprve matematickou hypotézou a teprve po letech se dočkaly experimentálního potvrzení.
Materiály, které by za pozemských podmínek byly plyny, by se v takovém prostředí mohly stát pevnými látkami a pevné látky by mohly nabýt vlastností, které by nikdo nepředpokládal. Toto zjištění podtrhuje rostoucí trend v současném výzkumu: vědecké důkazy se začínají objevovat na základě počítačových modelů, které jsou schopny simulovat světy, k nimž nemáme fyzikální přístup, ještě předtím, než je podpoří přímé experimenty.
Sluneční soustava tak přestává být pouhým vesmírným sousedstvím a ukazuje se jako přírodní laboratoř, kde se hmota chová způsobem, který teprve začínáme luštit. Pod obrovskými vrstvami plynu a ledu, v nezměrné vzdálenosti, může existovat forma hmoty, které se nikdy nedotkneme, ale jejíž pochopení by vysvětlilo jevy, které dnes zůstávají záhadou.