Jupitera ledainais mēness Kallisto. Attēla kredīts: NASA Noklikšķiniet, lai palielinātu
Kad zinātnieki uzzina vairāk par mūsu Saules sistēmu, viņi ir atraduši ūdens ledu dažās neparastās situācijās. Lawrence Livermore Nacionālās laboratorijas pētnieki ir atjaunojuši šāda veida ledus savā laboratorijā; ledus, kas, iespējams, atdarina spiediena, temperatūras, stresa un graudu lieluma apstākļus, kas atrodas uz šiem pavadoņiem. Šis ledus var lēnām rāpot un virpuļot atkarībā no mēness interjera temperatūras.
Šis ikdienas ledus, kuru izmantojat, lai atdzesētu savu glāzi limonādes, ir palīdzējis pētniekiem labāk izprast ledus pavadoņu iekšējo struktūru Saules sistēmas tālajās daļās.
Pētnieku grupa ir parādījusi jauna veida “šļūdes” jeb plūsmu ledus formā ar augstu spiedienu, laboratorijā izveidojot tādus spiediena, temperatūras, stresa un graudu lieluma apstākļus, kas atdarina tos, kas atrodas lielu ledus pavadoņi.
Ledus augstspiediena fāzes ir galvenās ārējās Saules sistēmas milzu apledojuma sastāvdaļu: Jupitera Ganimēde un Kallisto, Saturna Titāns un Neptūna Tritons. Tritons ir aptuveni mūsu pašu mēness izmērs; pārējie trīs milži ir apmēram 1,5 reizes lielāki diametrā. Pieņemtā teorija saka, ka lielākā daļa ledus pavadoņu pirms apmēram 4,5 miljardiem gadu kondensējās kā “netīras sniega bumbiņas” no putekļu mākoņa ap sauli (Saules miglājs). Mēnešus iekšēji sasildīja šis akrecionārais process un to akmeņainās frakcijas radioaktīvā sabrukšana.
Ledus konvekcijas plūsma (līdzīgi kā virpuļi karstā kafijas tasē) ledus pavadoņu interjeros kontrolēja to turpmāko attīstību un mūsdienu struktūru. Jo vājāks ledus, jo efektīvāka ir konvekcija un vēsāks ir interjers. Un otrādi - jo stiprāks ir ledus, jo siltāks ir interjers un jo lielāka ir iespēja parādīties kaut kam līdzīgam šķidram iekšējam okeānam.
Jaunais pētījums atklāj vienā no ledus augstspiediena fāzēm (“ledus II”) šļūdes mehānismu, ko ietekmē ledus kristalīts vai “graudu” lielums. Šis atradums nozīmē ievērojami vājāku ledus kārtu pavadoņos, nekā tika domāts iepriekš. Ledus II vispirms parādās pie apmēram 2000 atmosfēras spiediena, kas atbilst aptuveni 70 km dziļumam lielākajā no apledojuma milžiem. II ledus slānis ir aptuveni 100 km biezs. Spiediena līmeņi apledojušo milzu pavadoņu centros galu galā sasniedz ekvivalentu 20 000–40 000 Zemes atmosfēras.
Pētnieki no Lorensa Livermora Nacionālās laboratorijas (LLNL), Kushu Universitātes Japānā un ASV Ģeoloģijas dienesta veica šļūdes eksperimentus, izmantojot zemas temperatūras pārbaudes aparatūru LLNL Eksperimentālajā ģeofizikas laboratorijā. Pēc tam viņi novēroja un izmērīja ledus II graudu lielumu, izmantojot kriogēnu skenējošu elektronu mikroskopu. Grupa atrada šļūdes mehānismu, kas dominē plūsmā ar zemāku spriegumu un smalkāku graudu izmēru. Iepriekšējie eksperimenti ar lielāku spriegumu un lielākiem graudu izmēriem aktivizēja plūsmas mehānismus, kas nebija atkarīgi no graudu lieluma.
Eksperimentālisti spēja pierādīt, ka jaunais šļūdes mehānisms patiešām ir saistīts ar ledus graudu lielumu, kaut kas iepriekš tika pārbaudīts tikai teorētiski.
Bet mērīšana nebija viegls sasniegums. Pirmkārt, viņiem bija jāizveido II ledus ar ļoti smalku graudu lielumu (mazāk nekā 10 mikrometri jeb viena desmitā daļa no cilvēka matu biezuma). Metode, kas paredz strauju spiediena cikliskumu virs un zem 2000 atmosfērām, galu galā izdarīja triku. Turklāt komanda testēšanas aparātā uzturēja ļoti vienmērīgu 2000 atmosfēras spiedienu, lai nedēļām ilgi veiktu zemas slodzes deformācijas eksperimentu. Visbeidzot, lai aprakstītu II ledus graudus un padarītu tos redzamus skenējošā elektronu mikroskopā, komanda izstrādāja metodi graudu robežu marķēšanai ar parasto ledus formu (“ledus I”), kas mikroskopā šķita atšķirīgs no II ledus. . Kad robežas bija noteiktas, komanda varēja izmērīt II ledus graudu lielumu.
"Šie jaunie rezultāti parāda, ka dziļas apledojušās mantijas viskozitāte ir daudz zemāka, nekā mēs iepriekš domājām," sacīja Viljams Durams, ģeofiziķis no Livermore Enerģētikas un vides direktorāta.
Darhems teica, ka testa aparāts darbojas ļoti kvalitatīvi pie 2000 atmosfēras spiediena, sadarbība ar Tomoaki Kubo no Kjusu universitātes un panākumi nopietnu tehnisko izaicinājumu pārvarēšanā, kas saistīti ar nejaušu eksperimentu.
Izmantojot jaunos rezultātus, pētnieki secina, ka, iespējams, ka ledus deformējas ar graudu lieluma jutīgu šļūdes mehānismu ledus pavadoņu iekšpusē, kad graudi ir līdz centimetra lielumā.
"Šis jaunatklātais šļūdes mehānisms mainīs mūsu domāšanu par mūsu Saules sistēmas ārējo planētu vidēja un liela izmēra pavadoņu siltuma evolūciju un iekšējo dinamiku," sacīja Dūrems. "Šo pavadoņu termiskā evolūcija var mums palīdzēt izskaidrot to, kas notika agrīnajā Saules sistēmā."
Pētījums parādās žurnāla Science 3. marta numurā.
Lawrence Livermore Nacionālās laboratorijas, kas dibināta 1952. gadā, misija ir nodrošināt valsts drošību un pielietot zinātni un tehnoloģijas svarīgiem mūsu laika jautājumiem. Lawrence Livermore Nacionālo laboratoriju pārvalda Kalifornijas Universitāte, Amerikas Savienoto Valstu Enerģētikas departamenta Nacionālā kodoldrošības pārvalde.
Oriģinālais avots: LLNL ziņu izlaidums
