Les planètes extérieures de notre système solaire, telles qu’Uranus et Neptune, sont des géantes gazeuses riches en eau. Sous des conditions extrêmes, l’eau y présente des phases de glace exotiques et denses. Récemment, des chercheurs ont observé pour la première fois l’une de ces phases, appelée Glace XIX, en utilisant des lasers à haute puissance pour reproduire les conditions nécessaires.
Cette découverte pourrait aider à expliquer les données magnétiques inhabituelles mesurées par la sonde Voyager II autour d’Uranus et de Neptune.
La découverte de la Glace XIX
Les chercheurs ont mesuré la structure de la Glace XIX en utilisant l’instrument Matter at Extreme Conditions (Matter sous conditions extrêmes) au Linac Coherent Light Source (LCLS), une installation laser à rayons X pionnière. Ils ont montré que les atomes d’oxygène se regroupent dans une structure cubique centrée, tandis que les atomes d’hydrogène se déplacent librement comme un fluide, augmentant considérablement la conductivité.
La sonde Voyager II de la NASA, lancée en 1977 pour explorer le système solaire, a mesuré des champs magnétiques très inhabituels autour d’Uranus et de Neptune. Les scientifiques ont envisagé des états exotiques de glace dite superionique comme explication possible en raison de leur conductivité électrique accrue.
L’importance de la Glace XIX pour les géantes gazeuses
L’eau, un composé omniprésent dans notre système solaire et nécessaire à la vie, présente un diagramme de phase pression-température exceptionnellement complexe avec 18 phases de glace cristalline déjà identifiées. Les phases de glace denses sont particulièrement importantes dans les intérieurs des géantes gazeuses comme Uranus et Neptune.
Les scientifiques émettent l’hypothèse que les champs magnétiques complexes de ces planètes sont produits par des états exotiques de glace d’eau à haute pression ayant des propriétés superioniques. Cependant, la structure de la glace dans ces conditions extrêmes est notoirement difficile à mesurer.
Les implications de la découverte de la Glace XIX
En utilisant l’instrument Matter at Extreme Conditions du LCLS pour sonder la structure de la glace lors de la compression dynamique induite par laser, les chercheurs ont trouvé la première preuve directe d’une nouvelle phase de glace d’eau à haute densité et ultra-chaude. À 200 GPa (2 millions d’atmosphères) et 5 000 K (8 500 degrés Fahrenheit), cette nouvelle phase de glace à haute pression, appelée Glace XIX, présente une structure en réseau cubique centré (BCC).
Bien que d’autres structures aient été théorisées comme étant stables dans ces conditions, la structure BCC de la Glace XIX permettrait une augmentation de la conductivité électrique beaucoup plus profondément à l’intérieur des géantes gazeuses qu’on ne le pensait auparavant. Les résultats fournissent une origine importante et convaincante des champs magnétiques multipolaires mesurés par la sonde Voyager II pour Uranus et Neptune.
En synthèse
La découverte de la Glace XIX, une nouvelle phase de glace d’eau à haute densité et ultra-chaude, pourrait aider à expliquer les champs magnétiques inhabituels observés autour d’Uranus et de Neptune. Les chercheurs ont utilisé des lasers à haute puissance et des instruments de pointe pour étudier la structure de cette glace exotique sous des conditions extrêmes. Cette avancée scientifique offre de nouvelles perspectives sur la compréhension des intérieurs des géantes gazeuses et de leur comportement magnétique.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que la Glace XIX ?
La Glace XIX est une phase exotique et dense de glace d’eau découverte récemment. Elle se forme sous des conditions extrêmes de pression et de température, similaires à celles présentes à l’intérieur des géantes gazeuses comme Uranus et Neptune.
2. Comment les chercheurs ont-ils observé la Glace XIX ?
Les chercheurs ont utilisé des lasers à haute puissance pour reproduire les conditions extrêmes nécessaires à la formation de la Glace XIX. Ils ont ensuite mesuré sa structure à l’aide de l’instrument Matter at Extreme Conditions au Linac Coherent Light Source, une installation laser à rayons X pionnière.
3. Quelle est la structure de la Glace XIX ?
La Glace XIX présente une structure en réseau cubique centré (BCC), où les atomes d’oxygène se regroupent, tandis que les atomes d’hydrogène se déplacent librement comme un fluide. Cette structure permet une augmentation significative de la conductivité électrique.
4. Comment la Glace XIX pourrait expliquer les champs magnétiques inhabituels ?
Les champs magnétiques complexes de ces planètes pourraient être produits par des états exotiques de glace d’eau à haute pression ayant des propriétés superioniques. La structure BCC de la Glace XIX permet une conductivité électrique accrue, ce qui pourrait expliquer les données magnétiques mesurées par la sonde Voyager II autour d’Uranus et de Neptune.
5. Quelle est l’importance de cette découverte pour la compréhension des géantes ?
La découverte de la Glace XIX offre de nouvelles perspectives sur la compréhension des intérieurs des géantes gazeuses et de leur comportement magnétique. Elle permet également d’étudier les propriétés de l’eau sous des conditions extrêmes, ce qui est crucial pour comprendre les processus physiques et chimiques se déroulant à l’intérieur de ces planètes.
Légende illustration principale : Modèle de Neptune montrant les profondeurs où la glace superionique XIX, récemment découverte, centrée sur le corps et cubique, pourrait exister. Elle pourrait expliquer le champ magnétique multipolaire de Neptune (violet) dû à une conductivité accrue et à l’inclinaison par rapport à l’axe de rotation (vert). Crédit : Image courtesy of SLAC National Accelerator Laboratory
https://www.osti.gov/biblio/1839817
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