Ледената луна Калисто на Юпитер. Кредит за изображение: НАСА Увеличи
Докато учените научават повече за нашата Слънчева система, те са открили воден лед в някои необичайни ситуации. Изследователи от Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор са пресъздали този вид лед в своята лаборатория; лед, който вероятно имитира условията на налягане, температура, стрес и размер на зърното, открити на тези луни. Този лед може бавно да пълзи и да се върти наоколо в зависимост от температурата на интериора на луните.
Този ежедневен лед, който използвате, за да изстудите чашата си с лимонада, помогна на изследователите да разберат по-добре вътрешната структура на ледените луни в далечните край на Слънчевата система.
Изследователски екип демонстрира нов вид „пълзене“ или поток във вид на лед под високо налягане, като създава в лаборатория условията на налягане, температура, стрес и размер на зърното, които имитират тези в дълбоките интериори на големи ледени луни.
Фазите на високо налягане на леда са основни компоненти на гигантските ледени луни от външната слънчева система: Ганимед и Калисто на Юпитер, Титан на Сатурн и Тритон на Нептун. Тритонът е приблизително размерът на нашата собствена луна; другите три гиганта са с около 1,5 пъти по-голям диаметър. Приетата теория гласи, че повечето от ледените луни се кондензират като „мръсни снежни топки“ от облачния прах около слънцето (слънчевата мъглявина) преди около 4,5 милиарда години. Луните са били затоплени вътрешно чрез този процес на аккреция и чрез радиоактивно разпадане на скалистата им фракция.
Конвективният поток от лед (подобно на вихрите в гореща чаша кафе) в интериора на ледените луни контролираше последващата им еволюция и съвременна структура. Колкото по-слаб е ледът, толкова по-ефективна е конвекцията и по-хладният интериор. И обратно, колкото по-силен е ледът, толкова по-топъл е интериорът и толкова по-голяма е възможността да се появи нещо като течен вътрешен океан.
Новото изследване разкрива в една от фазите на високо налягане на леда („лед II“) механизъм за пълзене, който е повлиян от размера на кристала или „зърното“ на леда. Това откритие предполага значително по-слаб леден слой в луните, отколкото се смяташе досега. Ice II първо се появява при налягане от около 2000 атмосфери, което съответства на дълбочина от около 70 км в най-големия от ледените гиганти. Слоят лед II е с дебелина приблизително 100 км. Нивата на налягане в центровете на ледените гигантски луни в крайна сметка достигат еквивалента от 20 000 до 40 000 земни атмосфери.
Изследователи от Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор (LLNL), университета Кюшу в Япония и американското геоложки проучване проведоха експерименти с пълзене, използвайки апарат за тестване при ниски температури в експерименталната лаборатория за геофизика в LLNL. След това те наблюдават и измерват размера на зърното от лед II с помощта на криогенен сканиращ електронен микроскоп. Групата открива механизъм за пълзене, който доминира потока при по-ниски напрежения и по-фини размери на зърното. По-ранни експерименти при по-големи натоварвания и по-големи зърнени механизми за активиране на потока, които не зависят от размера на зърното.
Експерименталистите успяха да докажат, че новият механизъм за пълзене наистина е свързан с големината на ледените зърна, нещо, което преди това беше изследвано само теоретично.
Но измерването не беше лесен подвиг. Първо, те трябваше да създадат лед II с много фин размер на зърното (по-малко от 10 микрометра или една десета от дебелината на човешката коса). Техника за бързо въртене на налягане над и под 2000 атмосфери в крайна сметка направи трика. Като добавим към това, екипът поддържа много стабилни 2000 атмосфери налягане в апаратурата за тестване, за да проведе експеримент за деформация с нисък стрес в продължение на седмици. И накрая, за да очертае зърната от лед II и да ги види видими в сканиращия електронен микроскоп, екипът разработи метод за маркиране на зърнените граници с общата форма на лед („лед I“), който изглеждаше различен от лед II в микроскопа , След като бъдат определени границите, екипът може да измери размера на зърното на лед II.
„Тези нови резултати показват, че вискозитетът на дълбока ледена мантия е много по-нисък, отколкото сме предполагали преди“, казва Уилям Дърам, геофизик в дирекция „Енергия и околна среда“ на Ливърмор.
Дърам каза, че висококачественото поведение на тестовия апарат при налягане от 2000 атмосфери, сътрудничеството с Томоаки Кубо от Университета Кюшу и успехът в преодоляването на сериозни технически предизвикателства, предизвикани за щастлив експеримент.
Използвайки новите резултати, изследователите стигат до извода, че вероятно ледът се деформира от чувствителния към размера на зърното механизъм за пълзене във вътрешността на ледени луни, когато зърната са с размер до сантиметър.
„Този новооткрит механизъм за пълзене ще промени нашето мислене за топлинната еволюция и вътрешната динамика на луните със среден и голям размер на външните планети в нашата Слънчева система“, каза Дърам. "Топлинната еволюция на тези луни може да ни помогне да обясним какво се е случвало в ранната Слънчева система."
Изследването се появява в броя на 3 март на списание Science.
Основана през 1952 г., Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор има мисия да гарантира националната сигурност и да прилага науката и технологиите във важните въпроси на нашето време. Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор се управлява от Калифорнийския университет за Националната администрация за ядрена сигурност на Министерството на енергетиката на САЩ.
Оригинален източник: LLNL News Release
