Jupiterov ľadový mesiac Callisto. Obrazový kredit: NASA Kliknite pre zväčšenie
Vedci sa dozvedeli viac o našej slnečnej sústave a našli v niektorých neobvyklých situáciách vodný ľad. Vedci z Národného laboratória Lawrence Livermore znovu vytvorili tento druh ľadu vo svojom laboratóriu; ľad, ktorý pravdepodobne napodobňuje podmienky tlaku, teploty, stresu a veľkosti zŕn nachádzajúcich sa na týchto mesiacoch. Tento ľad sa môže pomaly plaziť a krúžiť okolo, v závislosti od teploty interiérov mesiacov.
Tento každodenný ľad, ktorý používate na chladenie pohárika limonády, pomohol vedcom lepšie pochopiť vnútornú štruktúru ľadových mesiacov v ďalekých oblastiach slnečnej sústavy.
Výskumný tím preukázal nový druh „tečenia“ alebo tečenia vo vysokotlakovej forme ľadu tým, že v laboratóriu vytvoril podmienky tlaku, teploty, stresu a veľkosti zŕn, ktoré napodobňujú tie v hlbokých interiéroch veľkých ľadové mesiace.
Vysokotlakové fázy ľadu sú hlavnými súčasťami obrovských ľadových mesiacov vonkajšej slnečnej sústavy: Jupiterov Ganymede a Callisto, Saturnov Titan a Neptúnova Triton. Triton je zhruba veľkosť nášho vlastného mesiaca; ostatné tri obri majú priemer približne 1,5-krát väčší. Akceptovaná teória hovorí, že väčšina ľadových mesiacov kondenzovala ako „špinavé snehové gule“ z oblaku prachu okolo Slnka (slnečná hmlovina) asi pred 4,5 miliardami rokov. Týmto akrečným procesom a rádioaktívnym rozkladom ich skalnej frakcie boli mesiace interne ohrievané.
Konvekčný tok ľadu (podobne ako vírenie v horúcej šálke kávy) vo vnútri ľadových mesiacov riadil ich následný vývoj a súčasnú štruktúru. Čím slabší je ľad, tým je prúdenie účinnejšie a chladnejšie sú jeho vnútro. Naopak, čím silnejší je ľad, tým sú interiéry teplejšie a tým väčšia je pravdepodobnosť, že sa objaví niečo ako tekutý vnútorný oceán.
Nový výskum odhaľuje v jednej z vysokotlakových fáz ľadu („ľad II“) mechanizmus tečenia, ktorý je ovplyvnený veľkosťou kryštálov alebo „zŕn“ ľadu. Toto zistenie znamená značne slabšiu ľadovú vrstvu v mesiacoch, ako sa predtým myslelo. Ice II sa prvýkrát objavuje pri tlakoch asi 2 000 atmosfér, čo zodpovedá hĺbke asi 70 km v najväčšom z ľadových gigantov. Vrstva ľadu II je hrubá približne 100 km. Hladiny tlaku v centrách ľadových obrovských mesiacov nakoniec dosahujú ekvivalent 20 000 až 40 000 zemských atmosfér.
Vedci z laboratória Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Kyushu University v Japonsku a USA Geological Survey uskutočnili experimenty s plazivým prúdom s použitím nízkoteplotného testovacieho zariadenia v Experimental Geofyzics Laboratory v LLNL. Potom pozorovali a zmerali veľkosť zŕn ľadu II použitím kryogénneho skenovacieho elektrónového mikroskopu. Skupina našla mechanizmus tečenia, ktorý dominuje toku pri nižšom namáhaní a jemnejších veľkostiach zŕn. Skoršie experimenty pri vyšších napätiach a väčšej veľkosti zŕn aktivovali tokové mechanizmy, ktoré nezáviseli od veľkosti zŕn.
Experti dokázali dokázať, že nový mechanizmus dotvarovania skutočne súvisel s veľkosťou zŕn ľadu, čo sa predtým skúmalo iba teoreticky.
Meranie však nebolo ľahké. Najprv museli vytvoriť ľad II veľmi jemnej zrnitosti (menej ako 10 mikrometrov alebo jednu desatinu hrúbky ľudských vlasov). Trik sa nakoniec podaril technikou rýchlej cyklizácie tlaku nad a pod 2 000 atmosfér. Okrem toho tím v testovacom prístroji udržiaval veľmi stabilný tlak 2 000 atmosfér, aby sa na konci týždňov uskutočňoval experiment s deformáciou pri nízkom napätí. Nakoniec, na vymedzenie zŕn ľadu II a ich zviditeľnenie v skenovacom elektrónovom mikroskope, tím vyvinul metódu označovania hraníc zŕn bežnou formou ľadu („ľad I“), ktorá sa javila odlišne od ľadu II v mikroskope. , Keď boli hranice identifikované, tím mohol zmerať veľkosť zŕn ľadu II.
„Tieto nové výsledky ukazujú, že viskozita hlbokého ľadového plášťa je omnoho nižšia, ako sme si doteraz mysleli,“ uviedol William Durham, geofyzik z riaditeľstva pre energiu a životné prostredie v Livermore.
Durham uviedol, že vysoko kvalitné správanie testovacieho prístroja pri tlaku 2 000 atmosfér, spolupráca s Tomoaki Kubo z Kyushu University a úspech pri prekonávaní závažných technických výziev spôsobených náhodným experimentom.
Použitím nových výsledkov vedci dospeli k záveru, že je pravdepodobné, že sa ľad deformuje mechanizmom dotvarovania plazivej hmoty vo vnútri ľadových mesiacov, keď je veľkosť zŕn až centimeter.
"Tento novoobjavený mechanizmus plazenia zmení naše myslenie na tepelný vývoj a vnútornú dynamiku stredných a veľkých mesiacov vonkajších planét v našej slnečnej sústave," uviedol Durham. "Tepelný vývoj týchto mesiacov nám môže pomôcť vysvetliť, čo sa deje v skorej slnečnej sústave."
Výskum sa objavuje v 3. čísle časopisu Science.
Organizácia Lawrence Livermore National Laboratory, založená v roku 1952, má za úlohu zaistiť národnú bezpečnosť a aplikovať vedu a techniku na dôležité problémy našej doby. Národné laboratórium Lawrence Livermore spravuje Kalifornská univerzita pre Národnú správu jadrovej bezpečnosti Ministerstva energetiky USA.
Pôvodný zdroj: LLNL News Release
