در اعماق سیاراتی مانند نپتون و اورانوس، با نوعی آب روبهرو هستیم که هیچ شباهتی به آنچه روی زمین میشناسیم ندارد؛ آبی که نه خنک و شفاف، بلکه سوزان، تیرهرنگ و در عین حال دارای ساختاری جامد است. یافتههای تازه دانشمندان نشان میدهد این شکل عجیب از آب، که آب فرایونی یا سوپریونی نام دارد، رفتاری بسیار نامنظم دارد و احتمالاً نقش کلیدی در شکلگیری میدانهای مغناطیسی غیرعادی این غولهای یخی ایفا میکند.
در هسته سیارات غولپیکر یخی، فشار و دما به حدی بالاست که آب دیگر نمیتواند در حالتهای آشنای جامد یا مایع باقی بماند. در چنین شرایطی، آب به حالتی کاملاً متفاوت تبدیل میشود؛ حالتی که ظاهری شبیه جامد دارد، اما از درون، رفتاری کاملاً پویا و غیرمنتظره نشان میدهد.
این نوع یخ داغ، از شبکهای از اتمهای اکسیژن تشکیل شده که ساختاری بلوری میسازند، در حالی که اتمهای هیدروژن درون این شبکه آزادانه حرکت میکنند. همین حرکت آزاد باعث میشود آب فرایونی رسانای الکتریسیته باشد؛ ویژگیای که آن را به گزینهای مناسب برای توضیح میدانهای مغناطیسی عجیب اورانوس و نپتون تبدیل میکند؛ میدانهایی که نخستین بار توسط فضاپیمای «وویجر ۲» مشاهده شدند.
تا مدتها تصور میشد این شبکه بلوری، ساختاری منظم و ایدهآل دارد؛ مثلاً به شکل مکعبی با نظم دقیق اتمها. اما چنین نظم کاملی با آشفتگی میدانهای مغناطیسی مشاهدهشده همخوانی نداشت. همین تناقض باعث شد پژوهشگران تصمیم بگیرند این ماده را بهطور عملی در آزمایشگاه تولید و بررسی کنند.
ساخت آب فرایونی کار سادهای نبود. این ماده فقط در فشارهایی میلیونها برابر فشار جو زمین و دماهایی بسیار بالا پایدار است. پژوهشگران با استفاده از ابزار ویژهای به نام «سندان الماس»، آب را میان دو الماس فوقسخت فشرده کردند و سپس با پالسهای لیزری، دمای آن را به حدود ۲۵۰۰ کلوین رساندند. در این بازه بسیار کوتاه، آب فرایونی شکل گرفت و دانشمندان بلافاصله با استفاده از پرتو ایکس، ساختار اتمی آن را بررسی کردند.
نتایج شگفتانگیز بود. برخلاف انتظار، ساختار بلوری آب فرایونی کاملاً منظم نبود. دادهها نشان میدادند که این ماده ترکیبی از چندین ساختار مختلف و درهمتنیده است؛ شبکههایی تار و ناپایدار که بیشتر به یک سیستم آشفته شباهت داشتند تا یک کریستال بینقص.
در ابتدا، پژوهشگران تصور کردند این بینظمی ممکن است ناشی از خطای آزمایشگاهی باشد. اما تکرار آزمایشها در یک شتابدهنده دیگر در آلمان، همان نتایج را تأیید کرد. اینبار روشن شد که آشفتگی مشاهدهشده، ویژگی ذاتی آب فرایونی است، نه یک خطای فنی.
با تغییر فشار و دما، حتی مشخص شد که چندین شبکه بلوری میتوانند همزمان روی هم شکل بگیرند؛ موضوعی که نظریههای قدیمی درباره گذارهای کاملاً مشخص بین ساختارهای مختلف را زیر سؤال میبرد.
در مجموع، این یافتهها نشان میدهد آب فرایونی مادهای بسیار پیچیده و ناپایدار است و همین پیچیدگی میتواند توضیح دهد چرا میدانهای مغناطیسی اورانوس و نپتون تا این اندازه نامتقارن و غیرقابلپیشبینی هستند.
اگرچه شرایط آزمایشگاهی تنها برای کسری از ثانیه این ماده را ایجاد میکنند و نمیتوانند بهطور کامل محیط درونی سیارات غولپیکر را بازسازی کنند، اما همین شواهد نشان میدهد آنچه در اعماق این سیارات رخ میدهد، احتمالاً دنیایی از بینظمی و ساختارهای درهمتنیده است.
نکته جالب اینجاست که هرچند چنین آبی هرگز بهطور طبیعی روی زمین دیده نمیشود، اما با توجه به فراوانی سیارات غول یخی در کهکشان، ممکن است آب فرایونی در مقیاس کیهانی، رایجترین شکل آب باشد.
