Jupitrova ledena luna Callisto. Kreditna slika: NASA Klikni za povečavo
Ko znanstveniki izvedo več o našem Osončju, so v neobičajnih situacijah našli vodni led. Raziskovalci iz nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore so poustvarili tovrstni led v svojem laboratoriju; led, ki verjetno oponaša pogoje pritiska, temperature, stresa in velikosti zrn, ki jih najdemo na teh lunah. Ta led lahko počasi leze in se vrti okoli, odvisno od temperature notranjosti lune.
Tisti vsakdanji led, ki ga uporabljate za ohlajanje kozarca limonade, je raziskovalcem pomagal bolje razumeti notranjo strukturo ledenih lun v daljnem dosegu sončnega sistema.
Raziskovalna skupina je dokazala novo vrsto lezenja ali toka v obliki visokotlačnega ledu, tako da je v laboratoriju ustvarila pogoje tlaka, temperature, napetosti in velikosti zrn, ki posnemajo tiste v globoki notranjosti velikih ledene lune.
Faze ledu z visokim pritiskom so glavne sestavine velikanskih ledenih lun zunanjega osončja: Jupiter Ganymede in Callisto, Saturnov Titan in Neptunov Triton. Triton je približno velik velikosti naše lune; ostali trije velikani so v premeru približno 1,5-krat večji. Sprejeta teorija pravi, da se je večina ledenih lunov kondenzirala kot "umazane snežne kepe" iz oblaka prahu okoli sonca (sončna meglica) pred približno 4,5 milijarde let. Lune so notranje ogrevale s tem postopkom akreacije in z radioaktivnim razpadanjem njihove skalne frakcije.
Konvektivni tok ledu (podobno kot vrtinci v vroči skodelici kave) v notranjosti ledenih lunov je nadzoroval njihovo nadaljnjo evolucijo in današnjo strukturo. Šibkejši je led, bolj učinkovita je konvekcija in hladnejša notranjost. Nasprotno, močnejši je led, toplejša je notranjost in večja je možnost, da se pojavi nekaj podobnega tekočemu notranjemu oceanu.
Nova raziskava razkriva v eni od visokotlačnih faz ledu ("led II") mehanizem lezenja, na katerega vpliva kristalita ali velikost "zrnja" ledu. Ta ugotovitev pomeni bistveno šibkejšo plast ledu v lunah, kot se je prej mislilo. Ice II se najprej pojavi pri pritiskih približno 2000 atmosfer, kar ustreza globini približno 70 km v največjem ledenem velikanu. Plast ledu II je debela približno 100 km. Ravni tlaka v središčih ledenih velikanskih lunov sčasoma dosežejo od 20.000 do 40.000 zemeljskih atmosfer.
Raziskovalci iz nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore (LLNL), univerze Kyushu na Japonskem in ameriškega geološkega raziskovanja so v eksperimentalnem laboratoriju za geofiziko na LLNL izvajali poskuse lezenja z uporabo nizkotemperaturnega preskusnega aparata. Nato so opazovali in merili velikost zrn ledu II s kriogenim skenirnim elektronskim mikroskopom. Skupina je našla mehanizem lezenja, ki dominira v pretoku pri manjših napetostih in lepših zrnih. Zgodnji poskusi pri večjih napetostih in večjih velikostih zrn aktivirajo mehanizme pretoka, ki niso bili odvisni od velikosti zrna.
Eksperimentalisti so lahko dokazali, da je bil novi mehanizem lezenja res povezan z velikostjo ledenih zrn, kar je bilo predhodno preučeno le teoretično.
Toda meritev ni bila lahka podviga. Najprej so morali ustvariti led II zelo fine velikosti zrn (manj kot 10 mikrometrov ali eno desetino debeline človeške dlake). Tehnika hitrega kroženja tlaka nad in pod 2000 atmosfere je na koncu naredila trik. Poleg tega je ekipa vzdrževala zelo enakomernih 2000 atmosferskih tlakov v preskusni napravi, da bi tedne konec leta izvajala poskus z deformacijo z nizkim stresom. Končno je za razmejitev zrn ledu II in njihovo vidnost v skenirajočem elektronskem mikroskopu skupina razvila metodo označevanja mej zrn s skupno obliko ledu ("led I"), ki se je v mikroskopu zdelo drugačno od ledu II. . Ko so bile določene meje, je ekipa lahko izmerila velikost zrn ledu II.
"Ti novi rezultati kažejo, da je viskoznost globokega ledenega plašča precej nižja, kot smo prej mislili," je dejal William Durham, geofizik iz Livermorejevega direktorata za energijo in okolje.
Durham je dejal, da je visokokakovostno obnašanje preskusne naprave pri 2000 atmosferskih tlakih, sodelovanje s Tomoakijem Kubo z univerze Kyushu in uspeh pri premagovanju resnih tehničnih izzivov, ki so bili narejeni za naključen eksperiment.
Z uporabo novih rezultatov raziskovalci sklepajo, da je verjetno, da se led deformira z mehanizmom za plazenje, občutljivo na velikost zrn, v notranjosti ledenih lunov, ko so zrna velika do centimeter.
"Ta novo odkrit mehanizem lezenja bo spremenil naše razmišljanje o toplotni evoluciji in notranji dinamiki srednjih in velikih lun zunanjih planetov v našem osončju," je dejal Durham. "Toplotna evolucija teh lun nam lahko pomaga razložiti, kaj se je dogajalo v zgodnjem sončnem sistemu."
Raziskava se pojavlja v 3. marcu številke revije Science.
Ustanovljen leta 1952 je nacionalni laboratorij Lawrence Livermore, ki skrbi za nacionalno varnost in uporabo znanosti in tehnologije pri pomembnih vprašanjih našega časa. Lawrence Livermore National Laboratory upravlja Univerza Kalifornija za ameriško Nacionalno upravo za jedrsko varnost Ministrstva za energijo.
Izvirni vir: LLNL News Release
