הירח הקפוא של יופיטר קליסטו. אשראי תמונה: נאס"א לחץ להגדלה
כאשר מדענים לומדים יותר על מערכת השמש שלנו, הם מצאו קרח מים במצבים חריגים. חוקרים במעבדה הלאומית לורנס ליברמור שיחזרו קרח מסוג זה במעבדתם; קרח שמחק ככל הנראה את תנאי הלחץ, הטמפרטורה, הלחץ וגודל התבואה המצויים בירחים אלה. קרח זה יכול להתגנב ולאט לאט, תלוי בטמפרטורת פנים הירחים.
הקרח היומיומי בו אתה משתמש בכדי לצנן את כוס הלימונדה שלך, עזר לחוקרים להבין טוב יותר את המבנה הפנימי של ירחים קפואים בהישג יד של מערכת השמש.
צוות מחקר הדגים סוג חדש של "זחילה", או זרימה, בצורת קרח בלחץ גבוה על ידי יצירת במעבדה תנאי לחץ, טמפרטורה, לחץ וגודל תבואה המחקים את אלה שבפנים העמוקים של גדולים ירחים קפואים.
שלבי קרח בלחץ גבוה הם מרכיבים עיקריים בירחים הקפואים הענקיים של מערכת השמש החיצונית: גנימד וקופיסטו של צדק, טיטאן של שבתאי וטריטון של נפטון. טריטון הוא בערך בגודל של הירח שלנו; שלושת הענקים האחרים בקוטר גדול פי 1.5. תיאוריה מקובלת אומרת שרוב הירחים הקפואים התמצאו כ"כדורי שלג מלוכלכים "מענן האבק סביב השמש (ערפילית השמש) לפני כ -4.5 מיליארד שנה. הירחים התחממו באופן פנימי על ידי תהליך שיקול זה ועל ידי ריקבון רדיואקטיבי של חלקם הסלעי.
זרימת הקרח המשכנעת (בדומה לערבולים בכוס קפה חם) בפנים הירחים הקפואים שלטה בהתפתחותם ובמבנהם של ימינו. ככל שהקרח חלש יותר, ההסעה יעילה יותר והפנים קרירים יותר. לעומת זאת, ככל שהקרח חזק יותר, פנים הפנים מחממים יותר, כך עולה האפשרות למשהו כמו אוקיינוס פנימי נוזלי.
המחקר החדש חושף באחד משלבי הלחץ הגבוה של הקרח ("קרח II") מנגנון זחילה המושפע מגודל הקריסטל או ה"גרעין "של הקרח. ממצא זה מרמז על שכבת קרח חלשה משמעותית בירחים ממה שחשבו בעבר. קרח II מופיע לראשונה בלחצים של כ -2,000 אטמוספרות, התואם לעומק של כ -70 ק"מ בגדול הענקים הקפואים. שכבה של קרח II עובי בערך 100 ק"מ. רמות הלחץ במרכז ירחי הענק הקפואים מגיעות בסופו של דבר לשוויון של 20,000 עד 40,000 אטמוספרות כדור הארץ.
חוקרים מהמעבדה הלאומית לורנס ליברמור (LLNL), אוניברסיטת קיושו ביפן והמחקר הגיאולוגי האמריקני ערכו ניסויי זחילה באמצעות מכשיר לבדיקת טמפרטורה נמוכה במעבדה לגיאופיזיקה ניסיונית ב- LLNL. לאחר מכן הם צפו ומדדו את גודל התבואה של קרח II באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים לסריקה קריוגנית. הקבוצה מצאה מנגנון זחילה השולט בזרימה במתחים נמוכים יותר ובגדלים עדינים יותר. ניסויים קודמים במתח גבוה יותר ומנגנוני זרימה גדולים יותר בגודל גרעינים הופעלו שלא היו תלויים בגודל התבואה.
הניסויים הצליחו להוכיח שמנגנון הזחילה החדש אכן קשור לגודל גרגירי הקרח, דבר שקודם לכן נבדק תיאורטית בלבד.
אבל המדידה לא הייתה הישג קל. ראשית, הם נאלצו ליצור קרח II בגודל תבואה עדין מאוד (פחות מ -10 מיקרומטר, או עשירית עובי שיער אדם). טכניקה של רכיבה מהירה של לחץ מעל ומתחת ל -2,000 אטמוספרות, ביצעה בסופו של דבר את העבודה. בנוסף לכך, הצוות שמר על 2,000 אטמוספרות בלחץ קבועות במנגנון הבדיקה כדי לבצע ניסוי עיוות נמוך במתח במשך שבועות ארוכים. לבסוף, כדי לתאר את גרגרי הקרח השני ולהפוך אותם לגלויים במיקרוסקופ האלקטרונים הסרוק, הצוות פיתח שיטה לסימון גבולות התבואה עם הצורה הנפוצה של קרח ("קרח I"), שנראתה שונה מקרח II במיקרוסקופ. . לאחר זיהוי הגבולות, הצוות יכול למדוד את גודל התבואה של קרח II.
"התוצאות החדשות הללו מראות שהצמיגות של מעטפת קרח עמוקה נמוכה בהרבה ממה שחשבנו בעבר", אמר ויליאם דוראם, גיאופיזיקאי במניין אנרגיה וסביבה של ליברמור.
דורהאם אמר כי ההתנהגות האיכותית של מכשיר הבדיקה בלחץ של 2,000 אטמוספרות, שיתוף הפעולה עם טומאקי קובו מאוניברסיטת קיושו וההצלחה בהתגברות על אתגרים טכניים רציניים שנעשו לניסוי מצליח.
בעזרת התוצאות החדשות, הגיעו החוקרים למסקנה כי ככל הנראה הקרח מתעוות על ידי מנגנון הזחילה הרגיש לגודל התבואה בפנים של ירחים קפואים כאשר הגרגרים בגודל של עד סנטימטר.
"מנגנון הזחילה שזה עתה התגלה ישנה את החשיבה שלנו להתפתחות התרמית והדינמיקה הפנימית של ירחים בגודל בינוני וגדול של כוכבי הלכת החיצוניים במערכת השמש שלנו," אמר דוראם. "ההתפתחות התרמית של ירחים אלה יכולה לעזור לנו להסביר את המתרחש במערכת השמש המוקדמת."
המחקר מופיע בגיליון 3 במרץ של כתב העת Science.
המעבדה הלאומית של לורנס ליוורמור, שנוסדה בשנת 1952, משימה להבטיח ביטחון לאומי ולהחיל את המדע והטכנולוגיה בנושאים החשובים של זמננו. המעבדה הלאומית של לורנס ליברמור מנוהלת על ידי אוניברסיטת קליפורניה עבור המינהל הלאומי לביטחון גרעיני בארה"ב.
המקור המקורי: מהדורת חדשות LLNL
