Jüpiter'in buzlu ayı Callisto. İmaj kredisi: NASA Ayrıntı için tıklayınız
Bilim adamları Güneş Sistemimiz hakkında daha fazla bilgi edindikçe, bazı olağandışı durumlarda su buzu buldular. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı araştırmacıları laboratuvarlarında bu tür buzları yeniden yarattılar; muhtemelen bu aylarda bulunan basınç, sıcaklık, stres ve tane büyüklüğü koşullarını taklit eden buz. Bu buz, ayların iç mekanlarının sıcaklığına bağlı olarak yavaşça kayabilir ve dönebilir.
Bir bardak limonatayı soğutmak için kullandığınız günlük buz, araştırmacıların güneş sisteminin uzak mesafelerindeki buzlu uyduların iç yapısını daha iyi anlamalarına yardımcı oldu.
Bir araştırma ekibi, bir laboratuvarda, büyük iç mekanlardakileri taklit eden basınç, sıcaklık, stres ve tane büyüklüğü koşullarını oluşturarak, yüksek basınçlı bir buz formunda yeni bir “sürünme” veya akış göstermiştir. buzlu aylar.
Yüksek basınçlı buz fazları, dış güneş sisteminin dev buzlu uydularının ana bileşenleridir: Jüpiter’in Ganymede ve Callisto, Satürn’ün Titanı ve Neptün’ün Tritonu. Triton kabaca kendi ayımızın büyüklüğüdür; diğer üç devin çapı yaklaşık 1.5 kat daha büyüktür. Kabul edilen teori, buzlu uyduların çoğunun yaklaşık 4.5 milyar yıl önce güneş çevresindeki toz bulutundan (güneş bulutsusu) “kirli kartopu” olarak yoğunlaştığını söylüyor. Aylar, bu toplanma süreci ve kayalık fraksiyonlarının radyoaktif bozunması ile dahili olarak ısıtıldı.
Buzlu uyduların iç kısımlarındaki konvektif buz akışı (sıcak bir fincan kahve içindeki kıvrımlar gibi) sonraki evrimini ve günümüzdeki yapısını kontrol etti. Buz ne kadar zayıf olursa, konveksiyon o kadar verimli olur ve iç mekanlar o kadar soğuk olur. Tersine, buz ne kadar güçlü olursa, iç mekanlar o kadar sıcak olur ve sıvı iç okyanus gibi bir şeyin ortaya çıkma olasılığı da o kadar büyük olur.
Yeni araştırma, buzun yüksek basınçlı fazlarından birinde (“buz II”) buzun kristalit veya “tane” boyutundan etkilenen bir sünme mekanizmasını ortaya koymaktadır. Bu bulgu, aylarda daha önce düşünüldüğünden çok daha zayıf bir buz tabakası anlamına gelir. Buz II ilk olarak buzlu devlerin en büyüğünde yaklaşık 70 km derinliğe karşılık gelen yaklaşık 2.000 atmosfer basıncında ortaya çıkar. Ice II katmanı kabaca 100 km kalınlığındadır. Buzlu dev uyduların merkezlerindeki basınç seviyeleri sonunda 20.000 ila 40.000 Dünya atmosferine eşittir.
Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL), Japonya'daki Kyushu Üniversitesi ve ABD Jeoloji Araştırması araştırmacıları LLNL'deki Deneysel Jeofizik Laboratuvarı'nda düşük sıcaklıklı bir test aparatı kullanarak sünme deneyleri gerçekleştirdiler. Daha sonra bir kriyojenik tarama elektron mikroskobu kullanarak buz II tane boyutunu gözlemlediler ve ölçtüler. Grup, daha düşük gerilimlerde ve daha ince tane boyutlarında akışa egemen olan bir sünme mekanizması buldu. Daha yüksek gerilmelerde ve tane boyutuna bağlı olmayan daha büyük tane büyüklüğünde aktifleştirilmiş akış mekanizmalarında daha önceki deneyler.
Deneyciler, yeni sürünme mekanizmasının gerçekten daha önce sadece teorik olarak incelenmiş olan buz tanelerinin büyüklüğü ile ilişkili olduğunu kanıtlayabildiler.
Ancak ölçüm kolay değildi. İlk olarak, çok ince tane büyüklüğünde buz II (10 mikrometreden daha az ya da bir insan saçı kalınlığının onda biri) oluşturmak zorunda kaldılar. Sonunda 2.000 atmosferin üzerindeki ve altındaki basıncın hızlı bir şekilde döndürülmesi tekniği nihayet işe yaradı. Buna ek olarak, ekip haftalarca düşük stresli deformasyon deneyi yapmak için test cihazı içinde çok istikrarlı bir 2.000 atmosfer basıncı sağladı. Son olarak, buz II tanelerini tanımlamak ve tarama elektron mikroskobunda görünür hale getirmek için ekip, mikroskoptaki buz II'den farklı görünen ortak buz formuyla (“buz I”) tahıl sınırlarını işaretlemek için bir yöntem geliştirdi . Sınırlar belirlendikten sonra ekip, buz II'nin tane boyutunu ölçebilir.
Livermore Enerji ve Çevre Müdürlüğü'nde bir jeofizikçi olan William Durham, “Bu yeni sonuçlar, derin buzlu bir örtünün viskozitesinin daha önce düşündüğümüzden çok daha düşük olduğunu gösteriyor.
Durham, 2.000 atmosfer basıncında test cihazının yüksek kaliteli davranışının, Kyushu Üniversitesi'nden Tomoaki Kubo ile işbirliğinin ve tesadüfi bir deney için ortaya çıkan ciddi teknik zorlukların üstesinden gelmenin başarılı olduğunu söyledi.
Yeni sonuçları kullanarak, araştırmacılar, tanelerin boyutu bir santimetreye kadar olduğunda buzlu ayların iç kısmındaki tane büyüklüğüne duyarlı sürünme mekanizması ile buzun deforme olduğu sonucuna varıyorlar.
Durham, “Bu yeni keşfedilen sünme mekanizması, güneş sistemimizdeki dış gezegenlerin orta ve büyük boyutlu uydularının termal evrimi ve iç dinamikleri hakkındaki düşüncelerimizi değiştirecek” dedi. “Bu uyduların termal evrimi, erken güneş sisteminde neler olduğunu açıklamamıza yardımcı olabilir.”
Araştırma Science dergisinin 3 Mart sayısında yayınlandı.
1952'de kurulan Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı, ulusal güvenliği sağlama ve bilim ve teknolojiyi günümüzün önemli sorunlarına uygulama misyonuna sahiptir. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi için California Üniversitesi tarafından yönetilmektedir.
Orijinal Kaynak: LLNL Haber Bülteni
