Jupiter jeges holdja, Callisto. Kép jóváírása: NASA Kattintson a nagyításhoz
Ahogy a tudósok többet megtudnak a Naprendszerünkről, bizonyos szokatlan helyzetekben vízjót találtak. A Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium kutatói újjáépítették ezt a fajta jeget laboratóriumukban; jég, amely valószínűleg utánozza az ezen holdok nyomás, hőmérséklet, stressz és szemcseméret körülményeit. Ez a jég lassan kúszhat és foroghat a holdak belső hőmérsékletétől függően.
Ez a mindennapi jég, amelyet a pohár limonádé hűtésére használtak, segített a kutatóknak jobban megérteni a jeges holdok belső szerkezetét a Naprendszer távoli területein.
Egy kutatócsoport bebizonyította egy újfajta „kúszást” vagy áramlást nagynyomású jég formájában azáltal, hogy laboratóriumában megteremtette a nyomás, hőmérséklet, stressz és szemcseméret olyan körülményeit, amelyek utánozzák a nagy jeges holdak.
A jég nagynyomású fázisa a külső Naprendszer óriás jeges holdjai fő alkotóelemei: a Jupiter Ganymede és Callisto, a Szaturnusz Titanja és a Neptunusz Triton. Triton nagyjából a saját holdunk mérete; a másik három óriás átmérője körülbelül 1,5-szer nagyobb. Az elfogadott elmélet szerint a jeges holdok többsége kb. 4,5 milliárd évvel ezelőtt „piszkos hógolyóként” kondenzálódott a nap körül a napfelhőből (a napfény ködéből). A holdakat belsőleg felmelegítették ezen akkreditációs folyamat és a sziklás frakció radioaktív bomlása révén.
A jeges holdok belsejében a jég konvektív áramlása (hasonlóan a forró kávéscsésze kavarogásaihoz) irányította későbbi fejlődését és mai struktúráját. Minél gyengébb a jég, annál hatékonyabb a konvekció, és a belső tér hűvösebb. Ezzel szemben, minél erősebb a jég, annál melegebb a belső terek és annál nagyobb a lehetőség, hogy valami folyékony belső óceán megjelenjen.
Az új kutatás a jég egyik nagynyomású fázisában („jég II”) kúszási mechanizmust tár fel, amelyet a jég kristályos vagy „szemcseméretű” mérete befolyásol. Ez a felfedezés a holdokban jóval gyengébb jégréteget von maga után, mint azt korábban gondolták. A II. Jég először körülbelül 2000 atmoszféra nyomáson jelentkezik, ami a jeges óriások legnagyobb körülbelül 70 km mélységének felel meg. A II jégréteg nagyjából 100 km vastag. A jeges óriás hold középpontjában a nyomás szintje végül eléri a 20 000–40 000 Föld légkörét.
A japán Kyushu Egyetem Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumának (LLNL) és az USA Földtani Kutatójának kúszókísérleteit végezték alacsony hőmérsékleten végzett kísérleti készülék segítségével az LLNL Kísérleti Geofizikai Laboratóriumában. Ezután megfigyelték és meghatározták a jég II szemcseméretet kriogén pásztázó elektronmikroszkóppal. A csoport olyan kúszómechanizmust talált, amely az alacsonyabb feszültségeknél és a finomabb szemcseméretnél dominálja az áramlást. Korábbi kísérletek magasabb feszültségeknél és nagyobb szemcsemérettel aktivált áramlási mechanizmusokat, amelyek nem függtek a szemcsemérettől.
A kísérleti szakemberek be tudták bizonyítani, hogy az új kúszómechanizmus valóban kapcsolódik a jégszemcsék méretéhez, amit korábban csak elméletileg vizsgáltak meg.
A mérés azonban nem volt könnyű teljesítmény. Először is nagyon finom szemcseméretű jég (II. Jég) létrehozását kellett létrehozniuk (kevesebb, mint 10 mikrométer, vagy az emberi haj vastagságának egytized része). A 2000 atmoszféra feletti és alatti nyomás gyors ciklusos alkalmazásának technikája végül megtette a trükköt. Ehhez hozzátartozva, a csapat nagyon állandó, 2000 atmoszféra nyomást tartott fenn a vizsgálóberendezésen belül, hogy hetekig végezzen alacsony feszültségű deformációs kísérletet. Végül, a jég II szemcséinek körvonalazására és láthatóvá tételére a pásztázó elektronmikroszkóppal a csoport kifejlesztett egy módszert a gabonahatárok megjelölésére a jég általános formájával („jég I.”), amely a mikroszkópban eltér a II. Jégtől. . Miután a határokat meghatározták, a csapat megmérte a jég II szemcseméretet.
"Ezek az új eredmények azt mutatják, hogy egy mély jeges köpeny viszkozitása sokkal alacsonyabb, mint gondoltuk korábban" - mondta William Durham, a Livermore Energiaügyi és Környezetvédelmi Igazgatóságának geofizikusa.
Durham elmondta, hogy a tesztkészülék magas színvonalú viselkedése 2000 atmoszféra nyomás mellett, a Kyushu Egyetem Tomoaki Kubo-val való együttműködés és a sikeres kísérlet komoly technikai kihívásainak legyőzése.
Az új eredmények felhasználásával a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy valószínű, hogy a jég deformálódik a szemnagyság-érzékeny kúszómechanizmus révén a jeges holdok belsejében, amikor a szemek centiméter méretűek.
"Ez az újonnan felfedezett kúszómechanizmus megváltoztatja gondolkodásmódunkat a Naprendszerünk külső bolygóinak közepes és nagy méretű holdjai hőfejlődéséről és belső dinamikájáról" - mondta Durham. "Ezen holdok termikus fejlődése segít megmagyarázni, mi történt a korai Naprendszerben."
A kutatás a Science folyóirat március 3-i számában jelent meg.
Az 1952-ben alapított Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium feladata a nemzetbiztonság biztosítása, valamint a tudomány és a technológia alkalmazása a kor fontos kérdéseire. A Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumot a Kaliforniai Egyetem irányítja az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Nukleáris Biztonsági Igazgatóságánál.
Eredeti forrás: LLNL sajtóközlemény
