Gezegen Biliminde Devrim: Aquodiium Uranüs ve Neptün’ün Sırrını Çözebilir mi?
Tuhaf Bir Su Formu Uranüs’ün Karmaşık Manyetizmasını Açıklayabilir
Uranüs ve Neptün’ün en tuhaf özelliklerinden biri manyetik alanlarıdır. Bu gezegenlerin her biri, başka hiçbir gezegende görülmeyen şekilde, dönme ekseninden çılgınca eğilmiş, karmaşık manyetosferlere sahiptir.
Nedeni tam olarak bilinmiyor, ancak Çin ve Rusya’dan bir grup araştırmacı sayesinde bulmacanın yeni bir parçasına sahip olabiliriz: Bu garip, buzlu dünyaların aşırı yüksek basınçlı iç kısımlarının derinliklerinde var olabilecek “aquodiium” adı verilen gerçekten tuhaf, iyonize bir su formu.
Aquodiium, normal bir su molekülüne iki proton daha eklenmesiyle oluşur ve bu da ona -yeterli miktarda olduğunda- Uranüs ve Neptün’deki gibi gezegensel bir manyetik alan oluşturabilecek net bir pozitif yük verir.
Gezegensel manyetik alanlar, onları üreten gezegenlerin etrafındaki uzaya kadar uzanır. Kesin mekanizma değişebilse de, bu alanlar gezegenin derinliklerinde hareketli yükler tarafından üretilir.
Dünya’da, çekirdeğin etrafında dönen, konveksiyon yapan ve elektrik ileten demir-nikel alaşımı, tüm bu kinetik enerjiyi bir dinamo olarak adlandırılan elektron akımlarına dönüştürür. Bilim insanları Jüpiter ve Satürn’de elektron akışını sağlayan şeyin metalik hidrojen olduğunu düşünüyor.
Dünya, Jüpiter ve Satürn, gezegenin dönme ekseni boyunca uzanan büyük bir çubuk mıknatısa benzeyen nispeten düzenli manyetik alanlara sahiptir ve alan çizgileri bir kuzey ve güney kutbunu düzgün bir şekilde bağlayan bir kafes gibidir.
Buna karşın Uranüs ve Neptün’ün manyetik kutupları dönme eksenlerinden sırasıyla 59 ve 47 derece eğiktir ve manyetik alan çizgileri sürekli olarak şekil değiştirir ve kayar. Ve aslında gezegenlerin çekirdeklerinin merkezinde değillerdir.
Olası bir açıklama, manyetik alanların iyonik olarak iletken bir akışkan tarafından üretilebileceği ve bu akışkanın elektronlar için bir kanal görevi görmesinden ziyade iyonların yük taşıyıcıları olduğudur.
Rusya’daki Skolkovo Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden teorik kimyager, mineralog ve fizikçi Artem Oganov, “Bu [yüksek basınç] koşullarında Jüpiter’in kayalık çekirdeğini çevreleyen hidrojen sıvı bir metaldir: Dünya’nın iç kısmındaki erimiş demirin aktığı gibi akabilir ve elektrik iletkenliği, bir araya sıkıştırılmış tüm hidrojen atomları tarafından paylaşılan serbest elektronlardan kaynaklanmaktadır” diyor.
“Uranüs’te hidrojen iyonlarının kendilerinin, yani protonların serbest yük taşıyıcıları olduğunu düşünüyoruz.”
O halde asıl soru hangi iyonlar? Amonyum gibi bazıları bariz olasılıklardır. Ancak gezegenin su molekülleri de bu süreçte daha önemli bir rol oynuyor olabilir mi?
Çin’deki Nankai Üniversitesi’nden fizikçi Jingyu Hou liderliğindeki bir araştırma ekibi, moleküllerin nasıl evrimleşebileceğine dair modellerle birlikte ilk ilkelere geri dönerek kimyasal hibridizasyon adı verilen bir kavramı inceledi.
Bu, bir atomun orbital elementlerinin yeni şekillerde bağ kurabilen bir atom oluşturmak için karıştırılması veya birleştirilmesidir. Farklı hibridizasyon türleri vardır, ancak burada söz konusu olan sp3 hibridizasyonudur; burada dört orbital merkezi çekirdeğin etrafında dört yüzlü bir düzenleme oluşturur.
Tetrahedronun dört noktasının her birinde ya başka bir atomla bağ kurabilen bir yalnız elektron ya da diğer atomlarla bağ kuramayan bir elektron çifti bulunur.
Oksijenin dış kabuğunda iki tek elektron ve iki elektron çifti vardır. Mevcut değerlik elektronlarının her birine bir hidrojen atomu eklerseniz, H2O yani su elde edersiniz.
Bazen elektronu olmayan hidrojen – eski bir proton olarak da bilinir – elektron çiftlerinden birine bağlanarak hidronyum iyonu adı verilen bir molekül oluşturur.
“Soru şuydu: Eksik parçayı doldurmak için hidronyum iyonuna bir proton daha ekleyebilir misiniz? Normal koşullarda böyle bir konfigürasyon enerjik olarak çok elverişsizdir, ancak hesaplamalarımız bunu gerçekleştirebilecek iki şey olduğunu gösteriyor” diyor Nankai Üniversitesi’nden fizikçi Xiao Dong.
“Birincisi, çok yüksek basınç maddeyi hacmini azaltmaya zorlar ve daha önce kullanılmamış bir oksijen elektron çiftini bir hidrojen iyonuyla (proton) paylaşmak bunu yapmanın düzgün bir yoludur: hidrojenle kovalent bağ gibi, ancak çiftteki her iki elektron da oksijenden gelir. İkincisi, çok sayıda kullanılabilir protona ihtiyacınız var ve bu da asidik bir ortam anlamına geliyor, çünkü asitlerin yaptığı şey bu – proton bağışlıyorlar.”
Araştırmacılar hesaplamalı modelleme yaptılar ve Uranüs ve Neptün’ün içinde var olduğu düşünülenlere benzer koşullar altında şöyle bir şey oldu. Yaklaşık 3.000 santigrat derece (5.430 Fahrenheit) sıcaklıkta ve 1,5 milyon atmosfer basınçta protonlar hidronyuma bağlanarak H4O2 – aquodiium oluşturdu.
Elbette bu hala teorik. Bu olasılığı daha fazla araştırmak için en dıştaki iki gezegenin daha ayrıntılı gözlemlerine ihtiyaç duyulacaktır; ancak bulgular bize Uranüs ve Neptün olan mavi tuhaflıkları anlamak için yeni bir yol sunuyor.
Araştırmacılar, “değerlik kabuğu elektron çifti itme modeli, proton transferi ve asit-baz teorisi gibi geleneksel fiziksel ve kimyasal teorilere önemli bir katkı” olarak nitelendirdikleri bu bulguların genel olarak kimya üzerinde de etkileri olduğunu belirtiyor.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: Gezegen Biliminde Devrim: Aquodiium Uranüs ve Neptün’ün Sırrını Çözebilir mi?
Neptün Ötesinde Şok Keşif: Karbondioksit ve Karbonmonoksit Buzları
Neptün Ötesinde Şok Keşif: Karbondioksit ve Karbonmonoksit Buzları
Gezegen Biliminde Devrim: Aquodiium Uranüs ve Neptün’ün Sırrını Çözebilir mi?