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Sbloccare i misteri del ghiaccio superionico: decifrare le anomalie magnetiche di Nettuno e Urano
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Gli scienziati hanno compiuto nuovi progressi nella comprensione delle proprietà del ghiaccio superionico, una fase cristallina dell’acqua che si ritiene sia una componente significativa dei giganti di ghiaccio Nettuno e Urano. Utilizzando tecniche computazionali tra cui reti neurali e apprendimento automatico, i ricercatori hanno acquisito informazioni su come le deformazioni nel ghiaccio superionico si correlano alle anomalie magnetiche osservate su questi pianeti distanti.
Il ghiaccio superionico, noto anche come ghiaccio XVIII, è una forma unica di acqua in cui gli ioni di ossigeno negativi formano un reticolo regolare mentre gli ioni di idrogeno positivi formano un liquido al suo interno, simile a un conduttore metallico. Ciò consente i fenomeni di conduttività elettrica e superionicità, in cui gli ioni si muovono rapidamente e cooperativamente per creare un flusso conduttivo. Il ghiaccio superionico esiste solo a temperature e pressioni estreme, quindi non può persistere sulla Terra, ma si ritiene che formi una parte importante dei mantelli di Nettuno e Urano a causa delle immense pressioni all’interno di quei pianeti.
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Lo studio, condotto dal professor Maurice de Koning dell’Università statale di Campinas in Brasile, si è concentrato sulle proprietà meccaniche del ghiaccio superionico e sugli effetti di difetti e deformazioni sul suo comportamento. Il team ha utilizzato il metodo computazionale della teoria del funzionale della densità (DFT), derivato dalla meccanica quantistica e utilizzato nella fisica dello stato solido, per analizzare la struttura del ghiaccio superionico e come risponde ai cambiamenti di pressione e temperatura.
Uno dei risultati chiave dello studio è stato che i difetti lineari noti come dislocazioni, che creano arricciature nel reticolo, hanno un impatto significativo sulla deformazione plastica del ghiaccio superionico. Questo tipo di deformazione, chiamata taglio, può causare la rottura del cristallo. Calcolando la quantità di forza necessaria per creare il taglio ed esaminando le proprietà delle dislocazioni, i ricercatori hanno acquisito una comprensione più profonda di come si comporta il ghiaccio superionico sotto pressione.
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Lo studio ha anche fatto luce sulla relazione tra il ghiaccio superionico ei campi magnetici di Nettuno e Urano. Questi pianeti hanno campi magnetici altamente disallineati che non corrispondono ai loro assi di rotazione e gli scienziati hanno cercato a lungo di comprendere questa anomalia. Una teoria è che la conduttività elettrica nei mantelli di questi pianeti, dovuta in parte al ghiaccio superionico, possa svolgere un ruolo nei campi magnetici. Studiando il comportamento del ghiaccio superionico sotto stress meccanico, i ricercatori sono stati in grado di ottenere informazioni su come può verificarsi la conduttività elettrica in questi pianeti.
Lo studio è stato sostenuto, tra gli altri, dalla São Paulo Research Foundation (FAPESP) e dal Center for Computing in Engineering and Sciences (CCES). È stato pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d’America (PNAS) ed è apparso sulla copertina del numero dell’8 novembre 2022.
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Nel complesso, lo studio rappresenta un importante passo avanti nella comprensione delle proprietà del ghiaccio superionico e del suo ruolo nella formazione e nel comportamento dei giganti di ghiaccio Nettuno e Urano. Sbloccando i misteri di questa forma unica di acqua, gli scienziati possono ottenere nuove intuizioni sulla natura del nostro sistema solare e oltre.
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