Jupiters isete måne Callisto. Bildekreditt: NASA Trykk for større bilde
Når forskere lærer mer om solsystemet vårt, har de funnet vannis i noen uvanlige situasjoner. Forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory har gjenskapt denne typen is på laboratoriet; is som sannsynligvis etterligner forholdene for trykk, temperatur, stress og kornstørrelse som finnes på disse månene. Denne isen kan sakte krype og virvle rundt avhengig av temperaturen på månenes interiør.
Den hverdagsisen du bruker for å avkjøle glasset av sitronade, har hjulpet forskere med å forstå den indre strukturen til iskalde måner langt inn i solsystemet.
Et forskerteam har demonstrert en ny type "kryp" eller flyt, i en høytrykksform av is ved å lage et laboratorium forholdene for trykk, temperatur, stress og kornstørrelse som etterligner dem i det dype interiøret i store isete måner.
Høyttrykksfaser av is er hovedkomponenter i de gigantiske iskalde månene i det ytre solsystemet: Jupiters Ganymede og Callisto, Saturns Titan og Neptuns Triton. Triton er omtrent på størrelse med vår egen måne; de tre andre gigantene er omtrent 1,5 ganger større i diameter. Akseptert teori sier at de fleste av de iskalde månene kondensert som "skitne snøballer" fra støvskyen rundt solen (solnebulaen) for rundt 4,5 milliarder år siden. Månene ble varmet internt av denne akkresjonære prosessen og ved radioaktivt forfall av deres steinfraksjon.
Den konvektive strømmen av is (omtrent som virvlingen i en varm kopp kaffe) i interiøret i de iskalde månene kontrollerte deres påfølgende evolusjon og dagens struktur. Jo svakere is, desto mer effektiv er konveksjonen, og jo kjøligere er interiøret. Motsatt, jo sterkere isen, desto varmere er interiøret og jo større er muligheten for at noe som et flytende indre hav dukker opp.
Den nye forskningen avslører i en av isene med høytrykk (is II) en krypmekanisme som påvirkes av isens krystallitt eller "korn". Dette funnet innebærer et betydelig svakere islag i månene enn tidligere antatt. Ice II dukker først opp med et trykk på rundt 2000 atmosfærer, noe som tilsvarer en dybde på rundt 70 km i den største av de iskalde kjempene. Ice II-laget er omtrent 100 km tykt. Trykknivået i sentrene til de iskalde kjempemånene når etter hvert tilsvarer 20.000 til 40.000 jordatmosfærer.
Forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Kyushu University i Japan og U.S. Geological Survey gjennomførte krypeeksperimenter ved bruk av et testapparat med lav temperatur i Experimental Geophysics Laboratory at LLNL. De observerte og målte deretter is II-kornstørrelse ved hjelp av et kryogent skanningselektronmikroskop. Gruppen fant en krypmekanisme som dominerer flyt ved lavere spenninger og finere kornstørrelser. Tidligere eksperimenter med høyere spenninger og større kornstørrelse aktiverte strømningsmekanismer som ikke var avhengig av kornstørrelse.
Eksperimentellistene var i stand til å bevise at den nye krypmekanismen faktisk var relatert til størrelsen på iskornene, noe som tidligere bare hadde blitt undersøkt teoretisk.
Men målingen var ingen enkel bragd. Først måtte de lage is II med veldig fin kornstørrelse (mindre enn 10 mikrometer, eller en tidel av tykkelsen på et menneskehår). En teknikk for rask sykling av trykk over og under 2000 atmosfærer gjorde til slutt susen. I tillegg til at teamet opprettholdt et veldig stabilt 2000 atmosfære av trykk i testapparatet for å gjennomføre et lavspent deformasjonseksperiment i flere uker. Til slutt, for å avgrense is II-kornene og gjøre dem synlige i det skannende elektronmikroskopet, utviklet teamet en metode for å merke korngrensene med den vanlige formen for is ("is I"), som virket annerledes enn is II i mikroskopet . Når grensene var identifisert, kunne teamet måle is IIs kornstørrelse.
"Disse nye resultatene viser at viskositeten til en dypt iskald mantel er mye lavere enn vi tidligere trodde," sa William Durham, en geofysiker i Livermores direktorat for energi og miljø.
Durham sa at høreapparatet av testapparatet ved 2000 atmosfæretrykk, samarbeidet med Tomoaki Kubo fra Kyushu University og suksessen med å overvinne alvorlige tekniske utfordringer gjort for et suksessfullt eksperiment.
Ved å bruke de nye resultatene konkluderer forskerne med at det er sannsynlig at isen deformeres av den kornstørrelsesfølsomme krypmekanismen i det indre av isete måner når kornene er opptil en centimeter i størrelse.
Durham sa: "Denne nyoppdagede krypmekanismen vil endre vår tenkning om den termiske evolusjonen og den indre dynamikken i mellomstore og store størrelser på de ytre planetene i solsystemet vårt. "Den termiske utviklingen av disse månene kan hjelpe oss med å forklare hva som skjedde i det tidlige solsystemet."
Forskningen vises i 3. mars utgaven av tidsskriftet Science.
Lawrence Livermore National Laboratory ble grunnlagt i 1952, og har et oppdrag å sikre nasjonal sikkerhet og anvende vitenskap og teknologi på de viktige spørsmålene i vår tid. Lawrence Livermore National Laboratory blir administrert av University of California for U.S. Department of Energys National Nuclear Security Administration.
Originalkilde: LLNL News Release
