Jupiterov ledeni mjesec Callisto. Kreditna slika: NASA Klikni za veću sliku
Kako znanstvenici saznaju više o našem Sunčevom sustavu, pronašli su vodeni led u nekim neobičnim situacijama. Istraživači iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore rekreirali su ovu vrstu leda u svom laboratoriju; led koji vjerojatno oponaša uvjete tlaka, temperature, naprezanja i veličine zrna na tim mjesecima. Ovaj led može polako puzati i vrtjeti se ovisno o temperaturi unutrašnjosti mjeseca.
Taj svakodnevni led koji koristite za hlađenje čaše limunade pomogao je istraživačima da bolje razumiju unutarnju strukturu ledenih mjeseci u dalekim dosezima Sunčevog sustava.
Istraživački tim dokazao je novu vrstu "puzanja" ili protoka u obliku leda visokog pritiska stvarajući u laboratoriju uvjete tlaka, temperature, stresa i veličine zrna koji oponašaju one u dubokim unutrašnjostima velikih ledene mjesece.
Faze visokog pritiska leda su glavne komponente divovskih ledenih mjeseci vanjskog Sunčevog sustava: Jupiterov Ganymede i Callisto, Saturnov Titan i Neptunov Triton. Triton je otprilike veličine našeg vlastitog mjeseca; ostala tri velikana promjera su oko 1,5 puta veća. Prihvaćena teorija kaže da se većina ledenih mjeseci kondenzirala kao "prljave snježne kugle" iz oblaka prašine oko sunca (solarne maglice) prije otprilike 4,5 milijardi godina. Mjeseci su se zagrijavali iznutra tim postupkom akreracije i radioaktivnim raspadanjem njihove kamenite frakcije.
Konvektivni protok leda (slično poput vrtloga u vrućoj šalici kave) u unutrašnjosti ledenih mjeseci kontrolirao je njihovu daljnju evoluciju i današnju strukturu. Što je slabiji led, to je učinkovitija konvekcija i hladnija unutrašnjost. Suprotno tome, jači je led, topliji je interijer i veća je mogućnost da se pojavi nešto poput tekućeg unutarnjeg oceana.
Novo istraživanje otkriva u jednoj od faza visokog pritiska leda ("led II") mehanizam puzanja na koji utječe kristalita ili "zrno" veličine leda. Ovaj nalaz podrazumijeva znatno slabiji sloj leda u mjesečevima nego što se prije mislilo. Ice II se najprije pojavljuje na pritiscima od oko 2.000 atmosfera, što odgovara dubini od oko 70 km u najvećem ledenom velikanu. Sloj leda II debljine je otprilike 100 km. Razine tlaka u središtima ledenih džinovskih mjeseci na kraju dostižu ekvivalent od 20 000 do 40 000 Zemljine atmosfere.
Istraživači iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore (LLNL) sa sveučilišta Kyushu u Japanu i američkog Geološkog zavoda proveli su pokrete puzanja pomoću aparata za testiranje na niskim temperaturama u Experimental Geophysics Laboratory na LLNL. Zatim su promatrali i izmjerili veličinu zrna leda II pomoću kriogenog skenirajućeg elektronskog mikroskopa. Skupina je pronašla mehanizam puzanja koji dominira protokom pri manjim naprezanjima i finijim veličinama zrna. Raniji eksperimenti kod većih naprezanja i mehanizama protoka veće veličine zrna koji nisu ovisili o veličini zrna.
Eksperimentalisti su mogli dokazati da je novi mehanizam puzanja doista povezan s veličinom ledenih zrnaca, što je prethodno samo teoretski ispitano.
Ali mjerenje nije bilo lako. Prvo, morali su stvoriti led II vrlo fine veličine zrna (manjeg od 10 mikrometara ili jednu desetinu debljine ljudske dlake). Tehnika brzog ciklusa pritiska iznad i ispod 2000 atmosfera na kraju je uspjela. Dodajući tome, tim je održavao vrlo stabilnih 2.000 atmosfera tlaka unutar uređaja za ispitivanje kako bi tijekom tjedna prolazio eksperiment deformacije pod malim stresom. Konačno, kako bi razgraničio zrna leda II i učinio ih vidljivim na skenirajućem elektronskom mikroskopu, tim je razvio metodu označavanja granica zrna uobičajenim oblikom leda ("led I"), koji se po mikroskopu pojavio različitim od leda II , Nakon što su utvrđene granice, tim je mogao izmjeriti veličinu zrna leda II.
"Ovi novi rezultati pokazuju da je viskoznost dubokog ledenog plašta znatno niža nego što smo prije mislili", rekao je William Durham, geofizičar iz Livermore-ove Direkcije za energiju i okoliš.
Durham je rekao da je visokokvalitetno ponašanje ispitnog aparata na 2000 atmosferskog tlaka, suradnja s Tomoakijem Kubo sa sveučilišta Kyushu i uspjeh u prevladavanju ozbiljnih tehničkih izazova napravljenih za slučajni eksperiment.
Koristeći nove rezultate, istraživači zaključuju da je vjerojatno da će se led deformirati mehanizmom puzanja osjetljivog na veličinu zrna u unutrašnjosti ledenih mjeseci kada su zrna veličine do jednog centimetra.
"Ovaj novootkriveni mehanizam puzanja promijenit će naše razmišljanje o toplinskoj evoluciji i unutarnjoj dinamici mjesečeve i velike veličine vanjskih planeta u našem Sunčevom sustavu", rekao je Durham. "Toplinska evolucija ovih mjeseci može nam pomoći objasniti što se događalo u ranom Sunčevom sustavu."
Istraživanje se pojavljuje u broju za 3. mart o časopisu Science.
Osnovan 1952. godine, Nacionalni laboratorij Lawrence Livermore ima misiju osigurati nacionalnu sigurnost i primijeniti znanost i tehnologiju u važnim pitanjima našega vremena. Lawrence Livermore National Laboratory upravlja Sveučilište u Kaliforniji za američku Nacionalnu upravu za nuklearnu sigurnost.
Izvorni izvor: LLNL News Release
