Jupiterio ledinis mėnulis Callisto. Atvaizdo kreditas: NASA Padidinti
Kai mokslininkai sužinojo daugiau apie mūsų Saulės sistemą, jie rado vandens ledo tam tikrose neįprastose situacijose. Lawrence Livermore nacionalinės laboratorijos tyrėjai atgavo tokio tipo ledus savo laboratorijoje; ledas, kuris tikriausiai imituoja šiuose mėnuliuose randamas slėgio, temperatūros, streso ir grūdų dydžio sąlygas. Šis ledas gali lėtai šliaužti ir suktis aplink, atsižvelgiant į mėnulio vidų.
Tas kasdienis ledas, kurį naudojate atšaldydamas savo stiklinę limonado, tyrėjams padėjo geriau suprasti ledinių mėnulių vidinę struktūrą Saulės sistemos tolimose vietose.
Tyrimo komanda pademonstravo naujo tipo „šliaužimą“ arba tėkmę aukšto slėgio leduose, laboratorijoje sukurdama slėgio, temperatūros, streso ir grūdelių dydžio sąlygas, kurios imituoja giluminius didelių patalpų interjerus. ledinis mėnulis.
Aukšto slėgio ledo fazės yra pagrindiniai išorinių saulės sistemos milžiniškų ledinių mėnulių komponentai: Jupiterio Ganymede ir Callisto, Saturno „Titan“ ir Neptūno „Triton“. Tritonas yra maždaug mūsų pačių mėnulio dydžio; kiti trys milžinai yra maždaug 1,5 karto didesnio skersmens. Priimta teorija sako, kad didžioji dalis ledinių mėnulių nuo dulkių debesies aplink saulę (saulės ūkas) kondensavosi kaip „nešvarūs sniego kamuoliai“ prieš maždaug 4,5 milijardo metų. Mėnuliai buvo sušildyti viduje tokiu akriliniu procesu ir radioaktyviu jų uolienų frakcijos skilimu.
Konvekcinis ledo srautas (panašiai kaip sūkuriai karštame kavos puodelyje) ledinio mėnulio interjeruose kontroliavo jų vėlesnę evoliuciją ir šių dienų struktūrą. Kuo silpnesnis ledas, tuo efektyvesnė yra konvekcija, ir vėsesni interjerai. Ir atvirkščiai, kuo stipresnis ledas, tuo šiltesni interjerai ir didesnė tikimybė, kad atsiras kažkas panašaus į skystą vidinį vandenyną.
Nauji tyrimai vienoje iš aukšto slėgio ledo fazių („ledas II“) atskleidžia šliaužimo mechanizmą, kuriam įtakos turi kristalitų arba „grūdų“ ledo dydis. Šis radinys reiškia žymiai silpnesnį mėnulio ledo sluoksnį nei manyta anksčiau. Ledas II pirmą kartą pasirodo esant maždaug 2000 atmosferų slėgiui, kuris atitinka maždaug 70 km gylį didžiausiame iš ledinių milžinų. II ledo sluoksnis yra maždaug 100 km storio. Ledinio milžino mėnulio centruose slėgio lygiai siekia 20 000–40 000 žemės atmosferų.
Japonijos Kyushu universiteto Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos (LLNL) ir JAV geologijos tarnybos tyrėjai atliko šliaužimo eksperimentus, naudodami žemos temperatūros bandymo aparatą LLNL Eksperimentinėje geofizikos laboratorijoje. Tada jie stebėjo ir išmatavo II ledo grūdelių dydį naudodamiesi kriogeniniu skenavimo elektroniniu mikroskopu. Grupė rado šliaužimo mechanizmą, kuris dominuoja sraute esant mažesniems įtempiams ir smulkesniems grūdams. Ankstesni eksperimentai esant didesniems įtempiams ir didesniems grūdų dydžiams suaktyvino srauto mechanizmus, kurie nepriklausė nuo grūdų dydžio.
Eksperimentatoriai sugebėjo įrodyti, kad naujasis šliaužimo mechanizmas iš tikrųjų buvo susijęs su ledo grūdelių dydžiu, kas anksčiau buvo nagrinėjama tik teoriškai.
Tačiau matavimas nebuvo lengvas žygdarbis. Pirmiausia jie turėjo sukurti labai smulkaus grūdo dydžio ledus II (mažesnį kaip 10 mikrometrų arba vieną dešimtadalį žmogaus plaukų storio). Greito slėgio aukščiau ir žemiau 2000 atmosferų ciklo technika galiausiai padarė triuką. Be to, komanda palaikė labai pastovų 2 000 atmosferų slėgį bandymo aparate, kad keletą savaičių galėtų vykdyti žemo įtempio deformacijos eksperimentą. Galiausiai, norėdama nubrėžti II ledo grūdelius ir padaryti juos matomus skenavimo elektroniniu mikroskopu, komanda sukūrė metodą, kaip pažymėti grūdų ribas įprasta ledo forma („ledas I“), kuris mikroskopu pasirodė skirtingas nuo II ledo. . Kai bus nustatytos ribos, komanda galėjo išmatuoti II ledo grūdelių dydį.
„Šie nauji rezultatai rodo, kad gilios ledinės mantijos klampumas yra daug mažesnis, nei mes manėme anksčiau“, - teigė Livermore'o Energetikos ir aplinkos direktorato geofizikas Williamas Durhamas.
Durhamas teigė, kad aukštos kokybės bandymo aparatas veikia esant 2 000 atmosferų slėgiui, bendradarbiavimą su Tomoaki Kubo iš Kyushu universiteto ir sėkmę įveikiant rimtus techninius iššūkius, susijusius su prabangiu eksperimentu.
Remdamiesi naujais rezultatais, tyrėjai daro išvadą, kad greičiausiai ledas deformuosis dėl grūdų dydžiui jautraus šliaužimo mechanizmo lediniame mėnulyje, kai grūdai yra iki centimetro dydžio.
„Šis naujai atrastas šliaužimo mechanizmas pakeis mūsų mąstymą apie mūsų saulės sistemos išorinių planetų vidutinių ir didelių matmenų šiluminę evoliuciją ir vidinę dinamiką“, - teigė Durhamas. „Šiluminė šių mėnulių evoliucija gali mums padėti paaiškinti, kas vyko ankstyvojoje saulės sistemoje“.
Tyrimas pateiktas žurnalo „Science“ kovo 3 d. Numeryje.
Įkurta 1952 m., Lawrence'o Livermore'o nacionalinė laboratorija vykdo misiją užtikrinti nacionalinį saugumą ir pritaikyti mokslą bei technologijas svarbiems šių laikų klausimams. Lawrence'o Livermore'o nacionalinę laboratoriją valdo Kalifornijos universitetas, JAV Energetikos departamento Nacionalinė branduolinio saugumo administracija.
Originalus šaltinis: LLNL žinių laida
