Jupiterin jäinen kuu Callisto. Kuvan luotto: NASA Klikkaa suuremmaksi
Kun tutkijat oppivat lisää aurinkokuntamme, he ovat löytäneet vesijäätä tietyissä epätavallisissa tilanteissa. Lawrence Livermore National Laboratoryn tutkijat ovat luoneet tällaisen jään laboratoriossaan; jäätä, joka todennäköisesti jäljittelee näistä kuista löydettyjä paine-, lämpötila-, stressi- ja raekokoolosuhteita. Tämä jää voi hiipua ja pyöriä hitaasti kuun sisätilojen lämpötilasta riippuen.
Se jokapäiväinen jää, jota käytät limonadilasilasi jäähdyttämiseen, on auttanut tutkijoita ymmärtämään paremmin jäisen kuun sisäistä rakennetta aurinkokunnan kaukaisimmilla alueilla.
Tutkimusryhmä on osoittanut uudenlaista "virumaa" tai virtausta korkean paineen muodossa jäällä luomalla laboratoriossa sellaiset paineen, lämpötilan, stressin ja raekokoolosuhteet, jotka jäljittelevät niitä suurten sisätilojen syvissä sisätiloissa jäinen kuukausi.
Jään korkeapainefaasit ovat tärkeimpiä komponentteja ulkoisen aurinkokunnan jättimäisistä jäisistä kuista: Jupiterin Ganymede ja Callisto, Saturnuksen Titan ja Neptunuksen Triton. Triton on suunnilleen oman kuun kokoinen; kolmen muun jättiläisen halkaisija on noin 1,5 kertaa suurempi. Hyväksytyn teorian mukaan suurin osa jäisistä kuista tiivistyi ”likaisiksi lumipalloiksi” auringon ympärillä olevasta pölypilvestä (aurinkosumu) noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Kuut lämmitettiin sisäisesti tällä lisäysprosessilla ja niiden kivisen jakeen radioaktiivisella hajoamisella.
Jää konvektiivinen virtaus (paljon kuin kupillisen kahvikupinten pyörteet) jäisen kuun sisätiloissa kontrolloi niiden myöhempää kehitystä ja nykypäivän rakennetta. Mitä heikompi jää, sitä tehokkaampi konvektio ja viileämpi sisustus. Toisaalta, mitä voimakkaampi jää, sitä lämpimämpi sisustus on ja sitä suurempi on mahdollisuus, että jotain nestemäistä sisämerta esiintyy.
Uusi tutkimus paljastaa yhdessä jään korkeapainefaasista (“jää II”) ryömintämekanismin, johon jään kristalliitti tai ”raekoko” vaikuttaa. Tämä havainto viittaa huomattavasti heikompaan jääkerrokseen kuukuissa kuin aiemmin ajateltiin. Jää II ilmestyy ensin noin 2 000 ilmakehän paineessa, mikä vastaa noin 70 km: n syvyyttä jäisimmistä jätteistä. Jää II kerros on noin 100 km paksu. Painetasot jäisen jättikuun keskikohdissa saavuttavat lopulta 20 000 - 40 000 maan ilmakehän vastapainon.
Japanin Kyushu-yliopiston Lawrence Livermore National Laboratoryn (LLNL) ja Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen tutkijat suorittivat ryömintäkokeet matalan lämpötilan testauslaitteella LLNL: n kokeellisessa geofysiikan laboratoriossa. Sitten he tarkkailivat ja mittasivat jään II raekokoa kryogeenisella pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Ryhmä löysi ryömintämekanismin, joka hallitsee virtausta alemmilla jännityksillä ja hienommilla raekokoilla. Aikaisemmat kokeet suuremmilla jännityksillä ja suuremmalla raekokolla aktivoivat virtausmekanismeja, jotka eivät olleet riippuvaisia raekokosta.
Kokeilijat pystyivät todistamaan, että uusi ryömintämekanismi oli todellakin yhteydessä jääjyvien kokoon, jota aiemmin oli tutkittu vain teoreettisesti.
Mutta mittaus ei ollut helppoa. Ensinnäkin heidän oli luotava jäätä II, jonka raekoko oli erittäin hieno (alle 10 mikrometriä tai kymmenesosa ihmisen hiuksen paksuudesta). Tekniikka nopean paineen kierrättämiseksi 2000 ilmakehän ylä- ja alapuolelle teki lopulta tempun. Tämän lisäksi ryhmä ylläpitää erittäin tasaista 2 000 ilmakehän paineen testauslaitetta, jotta matalajänniteinen muodonmuutoskoe voidaan suorittaa viikkojen ajan. Lopuksi ryhmä piirtää jään II jyvät ja tehdä niistä näkyviä pyyhkäisyelektronimikroskoopissa, ja ryhmä kehitti menetelmän jyvärajojen merkitsemiseksi tavallisella jäämuodolla (”jään I”), joka näytti olevan erilainen kuin mikroskoopin jää II. . Kun rajat on määritelty, joukkue voi mitata jää II: n raekoko.
"Nämä uudet tulokset osoittavat, että syvän jäisen vaipan viskositeetti on paljon alhaisempi kuin aikaisemmin luulimme", kertoi Livermoren energia- ja ympäristöosaston geofysiikko William Durham.
Durham kertoi testauslaitteiden korkealaatuisesta käyttäytymisestä 2000 ilmakehän paineessa, yhteistyöstä Kyushun yliopiston Tomoaki Kubon kanssa ja menestyksestä vaikeisiin kokeisiin liittyvien vakavien teknisten haasteiden voittamisessa.
Uusia tuloksia käyttämällä tutkijat päättelevät, että on todennäköistä, että jään muodonmuutos tapahtuu jyvän koon herkän ryömintämekanismin avulla jäisillä kuukausilla, kun jyvät ovat kooltaan jopa senttimetriä.
"Tämä äskettäin löydetty ryöstömekanismi muuttaa ajatustamme aurinkokunnan ulkopuolisten planeettojen keskikokoisten ja suurten kuukausien lämpökehityksestä ja sisäisestä dynamiikasta", Durham sanoi. "Näiden kuukausien lämpökehitys voi auttaa meitä selittämään varhaisessa aurinkojärjestelmässä tapahtuvaa."
Tutkimus ilmestyy Science-lehden 3. maaliskuuta ilmestyneessä lehdessä.
Vuonna 1952 perustetun Lawrence Livermoren kansallisen laboratorion tehtävänä on varmistaa kansallinen turvallisuus ja soveltaa tiedettä ja tekniikkaa aikamme tärkeisiin aiheisiin. Lawrence Livermoren kansallista laboratoriota johtaa Kalifornian yliopisto Yhdysvaltain energiaministeriön kansallisen ydinturvallisuushallinnon alaisuudessa.
Alkuperäinen lähde: LLNL-lehdistötiedote
