Насколько твердый самый твердый лед в Солнечной системе? Это в ледяных горах Плутона?

На Плутоне NPR есть горы с белыми вершинами, но не потому, что там снег, включает в себя следующее:

«Изначально казалось логичным, что этот высотный иней мог образоваться, как на Земле», — говорит Танги Бертран, астроном из Исследовательского центра Эймса НАСА в Калифорнии , который был заинтригован тем, насколько горы Плутона напоминают знакомые пейзажи здесь, дома.

Горы, которые он и его коллеги исследовали, были обнаружены миссией НАСА «Новые горизонты», и они лежат к западу от большого сердцевидного ледника на экваторе Плутона. Их высота около двух с половиной миль.

«Они сравнимы с Альпами для Земли, но Плутон — гораздо меньший объект», — говорит Бертран. «Значит, для Плутона горы действительно высокие».

Посетитель Плутона увидел бы эти темные, красные и коричневые горы, возвышающиеся над ним. Это потому, что хотя Плутон в среднем примерно в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля, дневного света все еще достаточно, чтобы любоваться пейзажем.

Горы состоят из водяного льда , так как температура на этой карликовой планете может опускаться до минус 387 градусов по Фаренгейту. «Водяной лед на Плутоне настолько холодный, что он твердый, как камень на Земле», — говорит Бертран. «Вот почему на Плутоне можно сделать горы водяного льда».


Ответы на вопросы Какие формы водяного льда наблюдались и подтверждались в Солнечной системе? скажите, что их несколько.

Ответы на вопрос Применима ли шкала твердости минералов Мооса для горных пород и минералов планет земной группы, отличных от Земли? (особенно @OscarLanzi ) напоминают нам, что условия в Солнечной системе существенно отличаются от условий на поверхности Земли, поэтому нам нужно дважды подумать о материалах, которые мы считаем знакомыми.

Вопрос: Насколько твердый самый твердый лед в Солнечной системе? Он все еще «мягче талька»?

В то время как одна ссылка выше относится только к водяному льду, твердые формы других материалов, с которыми мы сталкиваемся в виде жидкостей или газов, также учитываются, например, аммиак, метан, аргон, что бы это ни было, что может быть в воздухе вокруг поверхности Титана: как быстро марсоход или дрон Титана могут получить в масле и грязи? Нужны ли будут стеклоочистители? .

Ответы (1)

1. Бриллиант. О его твердости ходят легенды. То, что он появляется в жидкой форме на Уране или Нептуне, не было напрямую измерено (никаких недавних зондов), но лабораторные измерения фазовой диаграммы алмаза в 2009 и 2010 годах до сих пор не оспаривались, чтобы утверждать, что алмаз не может быть там жидким. Наоборот, в 2017 году был продемонстрирован процесс превращения алмазных морей в алмазные «градины» .

Так что это можно считать льдом, по крайней мере, в метеорологическом смысле. Вероятно, нет в контексте планетологии, которая называет соединения либо летучими, либо тугоплавкими, а твердое летучее вещество называет льдом. Но заявленная Википедией граница в 100 Кб между ними неформальна. Граница кажется удобной аббревиатурой для описания планетарных структур, которую Фред Уиппл использовал для описания комет в 1960-х годах ( стр. 112 «Кометы» Карла Сагана и Энн Друян). Ближайшее определение границы из первоисточников, которое я могу найти, — это таблица льда на стр. 119, где указаны температуры их замерзания от воды (273 К) до азота (63 К). Хотелось бы увидеть более качественный источник.

Наши двоюродные братья по химии SE также не нашли формального определения льда, кроме водяного льда.

2. Метан. По крайней мере, он может быть тверже азота. Это довольно слабое утверждение, и ему даже не хватает числа, но это лучшее, что может дать даже недавняя статья в престижном журнале (DOI: 10.1126/science.aao2975 ):

Лед CH 4 сохраняет твердость и жесткость в условиях поверхности Плутона, что идеально подходит для сальтации и образования дюн, тогда как лед N 2 , вероятно, будет мягче.

Таблицы объемных свойств элементов и соединений имеют пробелы в этой области.
Я нашел одно утверждение, что CO 2 имеет твердость по шкале Мооса, равную 2, но это, вероятно, было измерено близко к температуре его замерзания, ненамного ниже, где он может быть намного тверже, точно так же, как H 2 O, как указано в цитате Танги Бертрана. .

Может быть, никто еще не измерил эти вещи должным образом. Возможно, нам придется прибегнуть к моделированию ab initio .

Хм... Хм... :-) Ладно. Алмаз — это название одной из многих твердых форм углерода, а также название решетки, которую разделяют кремний и германий. Но когда он жидкий, сохраняет ли он какую-либо «алмазность»? Какой-то чрезвычайно длинный ближний приказ?
Я не буду утверждать, что гомеопатия "у воды есть память" :-). Может быть, ограничить свой вопрос многоатомными соединениями, чтобы избежать этого кристаллического корунда, гм, головоломки?
Ну, я не знаю о загадке корунда, но карборунд также довольно маленький полупроводник, и все же это бинарный лед , так что это не годится. Кстати, очевидно, что ни алмаз, ни карборунд на самом деле не плавятся, так что это становится все более и более странным!
Википедия говорит: «Твердые фазы некоторых других [неводных] летучих веществ также называются льдами… если их температура плавления выше или около 100 К». Алмаз плавится только при температуре выше 4000 К, поэтому я сомневаюсь, что твердые аллотропы углерода, включая алмаз, считаются «льдом» каким-либо научным сообществом. Но спасибо, что побудили меня прочитать исследования о фазовых переходах в углероде! В этой статье ( doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.4659 ) заявлены две жидкие фазы: одна алмазоподобная (sp3) и одна с тройными связями (sp). Говорят, графитоподобная (sp2) жидкость нестабильна.
@uhoh Молекулы углеводородов превращаются в алмаз и водород, как вы можете объяснить это при образовании льда, фазовом переходе из жидкости в твердое?
@uhoh - насколько мне известно, жидкий углерод плохо изучен. И кремний, и германий переходят от четырехкратно координированной полупроводниковой алмазной кубической твердой структуры к металлической жидкости с 8-12-кратной координацией.
Хорошая работа! Спасибо, что приложили дополнительные усилия, чтобы сделать этот фантастический ответ!
Почему не водяной лед? Разве водородные связи в водяном льду не сделают его относительно твердым по сравнению с неполярным соединением, скрепляемым только дисперсионными силами?
Вполне возможно, но я слишком не в себе, чтобы неправильно использовать метафору. Я уже спросил у профи.