과학자들, 2,000°C 넘는 온도에서 새로운 형태의 얼음 만들어

연구진이 거대 얼음 행성의 깊은 내부에 존재할 것으로 예상되는 특이한 물의 상태인 초이온 얼음의 새로운 결정 구조를 만들어 명확히 확인했다. 미세한 시료에 최대 230기가파스칼의 압력과 2,630켈빈, 즉 약 2,357°C에 이르는 온도를 가했다. 이 압력은 해수면 대기압의 약 230만 배에 해당한다.

초이온 얼음은 우리에게 익숙한 얼어붙은 물과 크게 다르다. 산소 원자는 단단한 결정 격자를 이루지만, 수소 원자핵은 액체 속 입자처럼 이 격자 안에서 자유롭게 이동한다. 이 때문에 초이온 얼음은 고체와 액체의 성질을 함께 지닌다.

연구팀은 다이아몬드 끝부분 사이에서 물을 압축하고 레이저로 가열한 뒤, 가느다란 싱크로트론 X선 빔으로 원자 배열을 조사했다. 약 200기가파스칼을 넘어서자 산소 원자는 육방최밀충전 구조를 형성했고, 이 구조가 앞서 관찰된 면심입방 구조보다 우세해졌다. 실험에서는 조건이 달라지면 두 구조가 서로 전환될 수 있다는 점도 확인됐다.

초이온 상태의 물은 천왕성과 해왕성 내부의 상당한 영역을 차지하는 것으로 여겨진다. 결정 구조에 따라 전기적·역학적 특성이 달라질 수 있는 만큼, 이번 발견은 이들 행성 내부에서 물질과 전하가 어떻게 이동하는지 설명하는 모델을 정교하게 만드는 데 도움이 될 수 있다. 새롭게 확인된 상이 이들 행성의 독특한 형태의 자기장에 어떤 영향을 미치는지 규명하려면 추가 계산이 필요하다.