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A maior parte do gelo na Terra tem uma estrutura hexagonal de cristal, mas a água pode se transformar em mais de 15 tipos de gelo, cada um com um arranjo molecular diferente. Essas raras fases congeladas exigem que pressões não atmosféricas e ambientes com temperatura controlada se formem, portanto só podem ser produzidos na Terra em experimentos de laboratório.
Um tipo exótico é o gelo VII - na prática, gelo quente - uma fase cristalina cúbica que pode se formar a alta pressão e alta temperatura. Pensa-se que o gelo quente possa ser encontrado no fundo do oceano da lua de Saturno, Titã, e outros exoplanetas aquosos. Aqui na Terra, é difícil criar e manter o gelo quente em um laboratório. Estudos anteriores tentaram "congelar a água" usando lasers para criar mudanças de pressão, mas eles não foram capazes de medir sua rápida formação ou caracterizar sua estrutura.
"Houve um grande número de estudos sobre gelo, porque todo mundo quer entender seu comportamento", diz Wendy Mao, da Stanford University . "O que nosso novo estudo demonstra, e o que não foi feito antes, é a capacidade de ver a estrutura do gelo se formar em tempo real."
Para criar o gelo quente , a equipe dele disparou um laser intenso em uma amostra de água ensanduichada entre uma plaqueta de diamante revestida com ouro e uma plaqueta de quartzo. A luz do laser vaporizou o diamante, gerando um enorme choque de pressão 50.000 imes maior que o da atmosfera da Terra ao nível do mar. A força desencadeou a mudança de fase para o gelo quente, com a transformação ocorrendo em apenas 6 ns.
Mao e seus colegas registraram a rápida mudança de fase com pulsos de raios X de femtossegundos de comprimento gerados pelo laser de elétron livre de raios X na fonte de luz coerente Linac da SLAC . Os raios X são difratados pela água transformadora, permitindo aos pesquisadores caracterizar a estrutura molecular em mudança.
“Esses experimentos com água são os primeiros de seu tipo, permitindo testemunhar uma transição fundamental de desordem por ordem em uma das moléculas mais abundantes do universo”, diz Arianna Gleason, membro da equipe . "Aprender sobre os interiores gelados [de satélites e planetas gelados] nos ajudará a entender como os mundos em nosso sistema solar se formaram e como pelo menos um deles, até onde sabemos, passou a ter todas as características necessárias para a vida".Outro estudo, conduzido por Marius Millot , físico do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia e publicado na revista Nature demonstrou que uma amostra ficou em vários milhares de graus.Embora normalmente inatingíveis na Terra, essas condições devem estar presentes nas profundezas dos gigantes aquáticos Urano e Netuno , ajudando potencialmente a explicar como esses planetas distantes funcionam, incluindo as origens de seus campos magnéticos incomuns.Ha´mais de 30 anos, os físicos já previam que a pressão de esmagamento deveria espremer a água em formas superiônicas.Os materiais superiônicos sã parte sólida e parte líquida que em nível microscópico consistem em uma estrutura de cristal permeada por núcleos atômicos flutuantes que podem transportar carga elétrica. Na água - também conhecida como H2O - os átomos de oxigênio trituraram em um cristal solidificado enquanto os prótons do hidrogênio se agitaram como um líquido durante o experimento. (Recentemente, outra equipe de cientistas trabalhando com potássio confirmou a existência de um estado da matéria que é sólido e líquido ao mesmo tempo .)
Na vida prática, quem sabe, daqui a alguns anos, vai ser possível colocar gelo quente no café para mantê-lo aquecido ou nem precisar levar ao fogo ou forno ou usar na culinária, medicamentos, formas de aquecimento e etc? O conhecimento de outros planetas beneficia a vida na Terra!
Um tipo exótico é o gelo VII - na prática, gelo quente - uma fase cristalina cúbica que pode se formar a alta pressão e alta temperatura. Pensa-se que o gelo quente possa ser encontrado no fundo do oceano da lua de Saturno, Titã, e outros exoplanetas aquosos. Aqui na Terra, é difícil criar e manter o gelo quente em um laboratório. Estudos anteriores tentaram "congelar a água" usando lasers para criar mudanças de pressão, mas eles não foram capazes de medir sua rápida formação ou caracterizar sua estrutura.
"Houve um grande número de estudos sobre gelo, porque todo mundo quer entender seu comportamento", diz Wendy Mao, da Stanford University . "O que nosso novo estudo demonstra, e o que não foi feito antes, é a capacidade de ver a estrutura do gelo se formar em tempo real."
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| FOTO DE UM GELO QUENTE . GELO DE OUTRO MUNDO FABRICADO NA TERRA EM LABORATÓRIO |
Mao e seus colegas registraram a rápida mudança de fase com pulsos de raios X de femtossegundos de comprimento gerados pelo laser de elétron livre de raios X na fonte de luz coerente Linac da SLAC . Os raios X são difratados pela água transformadora, permitindo aos pesquisadores caracterizar a estrutura molecular em mudança.
“Esses experimentos com água são os primeiros de seu tipo, permitindo testemunhar uma transição fundamental de desordem por ordem em uma das moléculas mais abundantes do universo”, diz Arianna Gleason, membro da equipe . "Aprender sobre os interiores gelados [de satélites e planetas gelados] nos ajudará a entender como os mundos em nosso sistema solar se formaram e como pelo menos um deles, até onde sabemos, passou a ter todas as características necessárias para a vida".Outro estudo, conduzido por Marius Millot , físico do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia e publicado na revista Nature demonstrou que uma amostra ficou em vários milhares de graus.Embora normalmente inatingíveis na Terra, essas condições devem estar presentes nas profundezas dos gigantes aquáticos Urano e Netuno , ajudando potencialmente a explicar como esses planetas distantes funcionam, incluindo as origens de seus campos magnéticos incomuns.Ha´mais de 30 anos, os físicos já previam que a pressão de esmagamento deveria espremer a água em formas superiônicas.Os materiais superiônicos sã parte sólida e parte líquida que em nível microscópico consistem em uma estrutura de cristal permeada por núcleos atômicos flutuantes que podem transportar carga elétrica. Na água - também conhecida como H2O - os átomos de oxigênio trituraram em um cristal solidificado enquanto os prótons do hidrogênio se agitaram como um líquido durante o experimento. (Recentemente, outra equipe de cientistas trabalhando com potássio confirmou a existência de um estado da matéria que é sólido e líquido ao mesmo tempo .)
Na vida prática, quem sabe, daqui a alguns anos, vai ser possível colocar gelo quente no café para mantê-lo aquecido ou nem precisar levar ao fogo ou forno ou usar na culinária, medicamentos, formas de aquecimento e etc? O conhecimento de outros planetas beneficia a vida na Terra!