Το παγωμένο φεγγάρι του Δία Callisto. Πιστωτική εικόνα: NASA Επιλέξτε για μεγέθυνση
Καθώς οι επιστήμονες μαθαίνουν περισσότερα για το Ηλιακό μας Σύστημα, βρήκαν πάγο νερού σε ορισμένες ασυνήθιστες καταστάσεις. Ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore έχουν αναδημιουργήσει τέτοιου είδους πάγο στο εργαστήριό τους. πάγος που μιμείται πιθανώς τις συνθήκες της πίεσης, της θερμοκρασίας, του στρες και του μεγέθους των κόκκων που βρίσκονται σε αυτά τα φεγγάρια. Αυτός ο πάγος μπορεί αργά να σέρνεται και να περιστρέφεται ανάλογα με τη θερμοκρασία των εσωτερικών των φεγγαριών.
Αυτός ο καθημερινός πάγος που χρησιμοποιείτε για να ψύξετε το ποτήρι της λεμονάδας σας βοήθησε τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα την εσωτερική δομή των παγωμένων φεγγαριών στις άκρες του ηλιακού συστήματος.
Μια ερευνητική ομάδα έχει αποδείξει ένα νέο είδος «ερπυσμού» ή ροής, σε μορφή πάγου υψηλής πίεσης, δημιουργώντας σε εργαστήριο τις συνθήκες πίεσης, θερμοκρασίας, πίεσης και μεγέθους κόκκων που μιμούνται αυτές στο βαθύ εσωτερικό των μεγάλων παγωμένα φεγγάρια.
Οι φάσεις πάγου υψηλής πίεσης αποτελούν βασικά συστατικά των γιγαντιαίων παγωμένων φεγγαριών του εξωτερικού ηλιακού συστήματος: το Ganymede και Callisto του Δία, τον Τιτάνα του Κρόνου και το Triton του Ποσειδώνα. Το Triton είναι περίπου το μέγεθος του φεγγαριού μας. Οι άλλοι τρεις γίγαντες έχουν διάμετρο περίπου 1,5 φορές μεγαλύτερη. Η αποδεκτή θεωρία λέει ότι τα περισσότερα από τα παγωμένα φεγγάρια συμπυκνώθηκαν ως «βρώμικες χιονόμπαλες» από το νέφος σκόνης γύρω από τον ήλιο (το ηλιακό νεφέλωμα) πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Τα φεγγάρια θερμάνθηκαν εσωτερικά από αυτήν την αύξηση της διαδικασίας και από τη ραδιενεργή διάσπαση του βραχώδους κλάσματός τους.
Η ροή του πάγου (όπως οι στροβιλίζεται σε ένα ζεστό φλιτζάνι καφέ) στο εσωτερικό των παγωμένων φεγγαριών ελέγχει την επακόλουθη εξέλιξή τους και τη σημερινή δομή τους. Όσο πιο αδύναμος είναι ο πάγος, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η μεταφορά και τόσο πιο ψυχρός είναι το εσωτερικό. Αντίθετα, όσο ισχυρότερος είναι ο πάγος, τόσο πιο ζεστοί είναι οι εσωτερικοί χώροι και τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα εμφάνισης υγρού εσωτερικού ωκεανού.
Η νέα έρευνα αποκαλύπτει σε μια από τις φάσεις του πάγου υψηλής πίεσης («πάγος II») έναν μηχανισμό ερπυσμού που επηρεάζεται από το μέγεθος του κρυσταλλικού ή του κόκκου του πάγου. Αυτό το εύρημα υποδηλώνει ένα σημαντικά ασθενέστερο στρώμα πάγου στα φεγγάρια από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως. Το Ice II εμφανίζεται για πρώτη φορά σε πιέσεις περίπου 2.000 ατμοσφαιρών, το οποίο αντιστοιχεί σε βάθος περίπου 70 km στον μεγαλύτερο από τους παγωμένους γίγαντες. Το στρώμα πάγου II έχει πάχος περίπου 100 km. Τα επίπεδα πίεσης στα κέντρα των παγωμένων γιγαντιαίων φεγγαριών φτάνουν τελικά στο ισοδύναμο των 20.000 έως 40.000 ατμοσφαιρικών γαιών.
Ερευνητές από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore (LLNL), το Πανεπιστήμιο Kyushu στην Ιαπωνία και τη Γεωλογική έρευνα των ΗΠΑ πραγματοποίησαν πειράματα ερπυσμού χρησιμοποιώντας μια συσκευή δοκιμής χαμηλής θερμοκρασίας στο εργαστήριο πειραματικής γεωφυσικής στο LLNL. Στη συνέχεια παρατήρησαν και μέτρησαν το μέγεθος κόκκων πάγου II χρησιμοποιώντας ένα κρυογονικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης. Η ομάδα βρήκε έναν μηχανισμό ερπυσμού που κυριαρχεί στη ροή σε χαμηλότερες καταπονήσεις και λεπτότερα μεγέθη κόκκων. Παλαιότερα πειράματα σε υψηλότερες τάσεις και μεγαλύτερους μηχανισμούς ροής ενεργοποιημένου μεγέθους κόκκων που δεν εξαρτώνται από το μέγεθος κόκκων.
Οι πειραματιστές μπόρεσαν να αποδείξουν ότι ο νέος μηχανισμός ερπυσμού σχετίζεται πράγματι με το μέγεθος των κόκκων πάγου, κάτι που στο παρελθόν είχε εξεταστεί μόνο θεωρητικά.
Αλλά η μέτρηση δεν ήταν εύκολο επίτευγμα. Πρώτον, έπρεπε να δημιουργήσουν πάγο II πολύ λεπτού μεγέθους κόκκων (λιγότερο από 10 μικρόμετρα, ή το ένα δέκατο του πάχους των ανθρώπινων μαλλιών). Μια τεχνική ταχείας ανακύκλωσης πίεσης πάνω και κάτω από 2.000 ατμόσφαιρες τελικά έκανε το τέχνασμα. Προσθέτοντας σε αυτό, η ομάδα διατήρησε πολύ σταθερές 2.000 ατμόσφαιρες πίεσης μέσα στη συσκευή δοκιμής για να εκτελέσει ένα πείραμα παραμόρφωσης χαμηλής τάσης για εβδομάδες στο τέλος. Τέλος, για να οριοθετήσει τους κόκκους πάγου II και να τους κάνει ορατούς στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, η ομάδα ανέπτυξε μια μέθοδο σήμανσης των ορίων των κόκκων με την κοινή μορφή πάγου («πάγος Ι»), η οποία εμφανίστηκε διαφορετική από τον πάγο ΙΙ στο μικροσκόπιο . Μόλις προσδιοριστούν τα όρια, η ομάδα θα μπορούσε να μετρήσει το μέγεθος των κόκκων του πάγου II.
«Αυτά τα νέα αποτελέσματα δείχνουν ότι το ιξώδες ενός βαθιού παγωμένου μανδύα είναι πολύ χαμηλότερο από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως», δήλωσε ο William Durham, γεωφυσικός στη Διεύθυνση Ενέργειας και Περιβάλλοντος του Livermore.
Ο Durham δήλωσε ότι η υψηλής ποιότητας συμπεριφορά της συσκευής δοκιμής σε πίεση 2.000 ατμοσφαιρών, η συνεργασία με τον Tomoaki Kubo του Πανεπιστημίου Kyushu και την επιτυχία στην αντιμετώπιση σοβαρών τεχνικών προκλήσεων που έγιναν για ένα τυχαίο πείραμα.
Χρησιμοποιώντας τα νέα αποτελέσματα, οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι είναι πιθανό ο πάγος να παραμορφώνεται από τον μηχανισμό ερπυσμού που είναι ευαίσθητος στο μέγεθος των κόκκων στο εσωτερικό των παγωμένων φεγγαριών όταν οι κόκκοι έχουν μέγεθος έως ένα εκατοστό.
«Αυτός ο μηχανισμός ερπυσμού που ανακαλύφθηκε πρόσφατα θα αλλάξει τη σκέψη μας για τη θερμική εξέλιξη και την εσωτερική δυναμική των μεσαίων και μεγάλων φεγγαριών των εξωτερικών πλανητών στο ηλιακό μας σύστημα», δήλωσε ο Ντάραμ. «Η θερμική εξέλιξη αυτών των φεγγαριών μπορεί να μας βοηθήσει να εξηγήσουμε τι συνέβαινε στο πρώιμο ηλιακό σύστημα.»
Η έρευνα εμφανίζεται στο τεύχος 3 Μαρτίου του περιοδικού Science.
Ιδρύθηκε το 1952, το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore έχει αποστολή να διασφαλίζει την εθνική ασφάλεια και να εφαρμόζει την επιστήμη και την τεχνολογία στα σημαντικά ζητήματα της εποχής μας. Το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore διοικείται από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια για την Εθνική Διοίκηση Πυρηνικής Ασφάλειας του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων LLNL
