Bulan berais Musytari Callisto. Kredit imej: NASA Klik untuk besarkan
Apabila saintis mengetahui lebih lanjut tentang Sistem Suria kita, mereka telah menemui air ais dalam beberapa situasi yang luar biasa. Salah satu persekitaran yang paling menarik ialah di bulan berais, seperti Europa Jupiter dan Triton Uranus. Penyelidik di Makmal Kebangsaan Lawrence Livermore telah mencipta semula ais jenis ini di makmal mereka; ais yang mungkin meniru keadaan tekanan, suhu, tekanan dan saiz butiran yang terdapat pada bulan ini. Ais ini perlahan-lahan boleh merayap dan berputar bergantung pada suhu bahagian dalam bulan.
Ais setiap hari yang anda gunakan untuk menyejukkan segelas air limau anda telah membantu penyelidik memahami dengan lebih baik struktur dalaman bulan berais di bahagian jauh sistem suria.
Pasukan penyelidik telah menunjukkan jenis 'rayapan' atau aliran baharu, dalam bentuk ais bertekanan tinggi dengan mencipta dalam makmal keadaan tekanan, suhu, tekanan dan saiz butiran yang meniru keadaan di bahagian dalam yang besar. bulan berais.
Fasa ais tekanan tinggi adalah komponen utama bulan berais gergasi sistem suria luar: Ganymede dan Callisto Musytari, Titan Saturnus dan Triton Neptune. Triton adalah kira-kira saiz bulan kita sendiri; tiga gergasi yang lain adalah kira-kira 1.5 kali lebih besar diameter. Teori yang diterima mengatakan bahawa kebanyakan bulan berais terpeluwap sebagai 'bola salji kotor' daripada awan debu di sekeliling matahari (nebula suria) kira-kira 4.5 bilion tahun yang lalu. Bulan-bulan dipanaskan secara dalaman oleh proses pertambahan ini dan oleh pereputan radioaktif pecahan berbatunya.
Aliran perolakan ais (sama seperti pusaran dalam secawan kopi panas) di bahagian dalam bulan berais mengawal evolusi seterusnya dan struktur masa kini. Lebih lemah ais, lebih cekap perolakan, dan lebih sejuk bahagian dalam. Sebaliknya, lebih kuat ais, lebih hangat bahagian dalam dan lebih besar kemungkinan sesuatu seperti lautan dalaman cair muncul.
Penyelidikan baharu itu mendedahkan dalam salah satu fasa tekanan tinggi ais (“ais II”) mekanisme rayapan yang dipengaruhi oleh saiz kristal atau “butiran” ais. Penemuan ini membayangkan lapisan ais yang jauh lebih lemah di bulan daripada yang difikirkan sebelumnya. Ais II mula-mula muncul pada tekanan kira-kira 2,000 atmosfera, yang sepadan dengan kedalaman kira-kira 70 km dalam gergasi berais terbesar. Lapisan ais II adalah kira-kira 100 km tebal. Tahap tekanan di pusat bulan gergasi berais akhirnya mencapai bersamaan 20,000 hingga 40,000 atmosfera Bumi.
Penyelidik dari Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Kyushu University di Jepun dan U.S. Geological Survey menjalankan eksperimen rayapan menggunakan radas ujian suhu rendah di Makmal Geofizik Eksperimen di LLNL. Mereka kemudian memerhati dan mengukur saiz butiran ais II menggunakan mikroskop elektron pengimbasan kriogenik. Kumpulan itu menemui mekanisme rayapan yang mendominasi aliran pada tegasan yang lebih rendah dan saiz butiran yang lebih halus. Eksperimen terdahulu pada tegasan yang lebih tinggi dan saiz butiran yang lebih besar mengaktifkan mekanisme aliran yang tidak bergantung pada saiz butiran.
Ahli eksperimen dapat membuktikan bahawa mekanisme rayapan baharu itu sememangnya berkaitan dengan saiz butiran ais, sesuatu yang sebelum ini hanya diteliti secara teori.
Tetapi pengukuran itu bukanlah sesuatu yang mudah. Mula-mula, mereka perlu mencipta ais II dengan saiz butiran yang sangat halus (kurang daripada 10 mikrometer, atau satu persepuluh ketebalan rambut manusia). Satu teknik kitaran pantas tekanan di atas dan di bawah 2,000 atmosfera akhirnya berjaya. Selain itu, pasukan itu mengekalkan 2,000 atmosfera tekanan yang sangat stabil dalam radas ujian untuk menjalankan eksperimen ubah bentuk tekanan rendah selama berminggu-minggu. Akhir sekali, untuk menggambarkan butiran ais II dan menjadikannya kelihatan dalam mikroskop elektron pengimbasan, pasukan membangunkan kaedah menandakan sempadan butiran dengan bentuk biasa ais (“ais I”), yang kelihatan berbeza daripada ais II dalam mikroskop . Setelah sempadan dikenal pasti, pasukan boleh mengukur saiz butiran ais II.
'Keputusan baharu ini menunjukkan bahawa kelikatan mantel berais dalam jauh lebih rendah daripada yang kami fikirkan sebelum ini,' kata William Durham, ahli geofizik di Direktorat Tenaga dan Alam Sekitar Livermore.
Durham berkata tingkah laku berkualiti tinggi alat ujian pada tekanan 2,000 atmosfera, kerjasama dengan Tomoaki Kubo dari Universiti Kyushu, dan kejayaan dalam mengatasi cabaran teknikal yang serius dibuat untuk percubaan kebetulan.
Menggunakan keputusan baharu, para penyelidik menyimpulkan bahawa kemungkinan besar ais berubah bentuk oleh mekanisme rayapan sensitif saiz bijian di pedalaman bulan berais apabila bijirin bersaiz sehingga satu sentimeter.
'Mekanisme rayap yang baru ditemui ini akan mengubah pemikiran kita tentang evolusi terma dan dinamik dalaman bulan bersaiz sederhana dan besar planet luar dalam sistem suria kita,' kata Durham. 'Evolusi terma bulan-bulan ini boleh membantu kita menerangkan apa yang berlaku dalam sistem suria awal.'
Penyelidikan itu muncul dalam edisi 3 Mac jurnal Sains.
Ditubuhkan pada tahun 1952, Lawrence Livermore National Laboratory mempunyai misi untuk memastikan keselamatan negara dan menggunakan sains dan teknologi kepada isu-isu penting zaman kita. Makmal Kebangsaan Lawrence Livermore diuruskan oleh Universiti California untuk Pentadbiran Keselamatan Nuklear Kebangsaan Jabatan Tenaga A.S.
Sumber Asal: Siaran Berita LLNL