Il a finalement été prouvé que un type d'étrange type de glace qui s'attarde dans les océans des planètes extraterrestres existait.
Pour la première fois, les chercheurs ont directement observé une sorte de phase hybride de l'eau appelée glace plastique, qui se forme à des températures et des pressions élevées et présente des traits de glace solide et d'eau liquide. Les observations, rapportées le 12 février Nature, Peut aider les chercheurs à mieux comprendre l'architecture interne et les processus d'autres mondes dans notre système solaire et au-delà, dont certains pourraient être habitables.
La glace en plastique est «quelque chose d'intermédiaire entre un liquide et un cristal, vous pouvez imaginer qu'il est plus doux lorsque vous le pressez», explique la physicienne Livia Bove de l'Université de Sapienza de Rome. Cela s'appelle la glace en plastique car elle est plus facilement moulée ou déformée que la glace cristalline typique, présentant une propriété, des scientifiques appellent la plasticité, dit-elle. «Comme quelque chose qui peut [squeeze] à travers un trou et sortir, même s'il est toujours solide. »
La majeure partie de la glace à la surface de la Terre – y compris les glaçons, les glaciers et la neige – se compose de molécules d'eau disposées dans un réseau hexagonal qui ressemble à un nid d'abeille. Les scientifiques classent cette glace commune comme la glace LH. Mais en plus de la glace IH, il y a au moins 20 autres phases de glace connues qui se forment dans différentes conditions de pression et de température. Aux pressions supérieures à 20 000 barres – ou 20 000 kilogrammes par pouce carré – les réseaux de glace se compressent dans la glace VII, un polymorphe avec une structure cubique dense dans laquelle les molécules sont commandées comme les cubies dans un cube de Rubik. La glace VII a été trouvée piégée dans des diamants provenant du manteau de la Terre et se produirait également à l'intérieur d'autres planètes. Et les fans de Kurt Vonnegut pourraient être intéressés à entendre qu'un ICE IX a été découvert en 1996, bien qu'il n'ait pas la capacité terrifiante de geler les océans entiers.
Il existe également des phases de glace qui n'ont été théorisées que pour exister. Il y a plus de 15 ans, les simulations informatiques ont montré que lorsque la glace VII est chauffée et soumise à des pressions extrêmes, ses molécules d'eau individuelles devraient commencer à tourner librement, comme un liquide, tout en occupant des positions fixes, comme dans un solide. Étant donné que la phase hypothétique partageait la même structure cristalline cubique que la glace VII, elle est devenue connue sous le nom de glace en plastique VII. Mais parce que la réalisation d'expériences à des pressions aussi élevées était techniquement irréalisable à l'époque, des preuves solides de l'existence de la glace plastique ont échappé aux scientifiques pendant des années.
Pour la nouvelle étude, Bove et ses collègues ont utilisé un outil relativement nouvel à l'institut Laue-Langevin à Grenoble, en France, capable de mesurer les mouvements des molécules sous des pressions extrêmes. Dans les expériences, ils ont pointé un faisceau de neutrons aux échantillons d'eau et soumis les échantillons à des températures jusqu'à 326 ° C et des pressions jusqu'à 60 000 barres. Alors que les neutrons entrants interagissaient avec les molécules d'eau dans les échantillons, ils ont gagné ou perdu de l'énergie en fonction de la quantité de molécules d'eau se déplaçaient et de la rotation, avant d'être dispersées vers un détecteur. La mesure des énergies des neutrons dispersées a permis à l'équipe de Bove de caractériser les mouvements des molécules et d'identifier la phase qui s'était formée.
Au-dessus de 177 ° C et sur environ 30 000 barres – environ 28 fois la pression au point le plus profond des océans de la Terre – l'équipe de Bove a observé une phase de glace qui possédait un réseau de cristal cubique avec des molécules d'eau tournant aussi vite que celles de l'eau liquide. Ils ont identifié la phase comme de la glace en plastique VII, confirmant finalement son existence.
Cependant, un détail observé a divergé des prédictions. Plutôt que de tourner librement, les molécules d'eau semblaient pivoter en mouvements saccadés. Alors que les molécules tournent, ils cassent leurs liaisons hydrogène avec un voisin pour se tourner et se lier rapidement avec une autre, explique Bove.
La glace en plastique VII a peut-être existé au cours des premiers stades de formation d'Europa, Titan et d'autres lunes glacées dans notre système solaire, avant que toute l'eau ne s'était échappée de leurs intérieurs à haute pression, explique le scientifique planétaire Baptiste Journaux de l'Université de Washington à Seattle. Les nouvelles observations pourraient aider les chercheurs à rassembler l'histoire de la façon dont ces lunes ont évolué dans les mondes océaniques qu'ils sont aujourd'hui, dit-il.
Et au-delà de notre système solaire, l'étrange glace peut se reposer au fond des océans géants sur les exoplanètes, dont certains sont des milliers de kilomètres de profondeur et potentiellement habitables, dit Journaux. Enquêter sur la facilité avec laquelle la glace en plastique VII intègre des sels dans son réseau pourrait aider à déterminer si la présence de la phase étrange améliore l'échange de sels entre les fondations d'exoplanet et les océans au-dessus, dit-il. «Cela nourrirait en fait l'océan avec plus de nutriments.»
