Jupiters iskaldte måne Callisto. Billedkredit: NASA Klik for større billede
Når forskere lærer mere om vores solsystem, har de fundet vandis i nogle usædvanlige situationer. Forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory har genskabt denne slags is i deres laboratorium; is, der sandsynligvis efterligner betingelserne for tryk, temperatur, stress og kornstørrelse, der findes på disse måner. Denne is kan langsomt krybe og hvirvle rundt afhængigt af månenes interiør.
Den daglige is, du bruger til at afkøle dit glas limonade, har hjulpet forskere med at forstå den indre struktur af iskolde måner i fjerntliggende områder af solsystemet.
Et forskerteam har demonstreret en ny form for "krybe" eller strømning i en højtryksform af is ved at skabe i et laboratorium betingelser for tryk, temperatur, stress og kornstørrelse, der efterligner dem i de dybe indre af store iskolde måner.
Højtryksfaser af is er hovedkomponenter i de kæmpe iskolde måner i det ydre solsystem: Jupiters Ganymede og Callisto, Saturns Titan og Neptuns Triton. Triton er omtrent på størrelse med vores egen måne; de andre tre giganter er ca. 1,5 gange større i diameter. Accepteret teori siger, at de fleste af de iskolde måner kondenseret som ”beskidte snebolde” fra støvskyen omkring solen (solnebulaen) for omkring 4,5 milliarder år siden. Månerne blev opvarmet internt ved denne akkretionære proces og ved radioaktivt henfald af deres stenede fraktion.
Den konvektive strøm af is (meget som hvirvlerne i en varm kop kaffe) i det indre af de iskolde måner kontrollerede deres efterfølgende udvikling og nutidige struktur. Jo svagere is, jo mere effektiv er konvektionen, og jo køligere er interiørerne. Omvendt, jo stærkere isen, desto varmere er interiøret, og jo større er muligheden for, at noget som et flydende indre hav vises.
Den nye forskning afslører i en af isens højtryksfaser (“is II”) en krybmekanisme, der er påvirket af isens krystallit eller “kornstørrelse”. Denne konstatering indebærer et markant svagere islag i månerne end tidligere antaget. Ice II vises først ved et tryk på ca. 2.000 atmosfærer, hvilket svarer til en dybde på ca. 70 km i den største af de iskolde giganter. Is II-laget er omtrent 100 km tykt. Trykniveauerne i de iskolde gigarmånes centre når til sidst ækvivalentet med 20.000 til 40.000 jordatmosfærer.
Forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Kyushu University i Japan og U.S. Geological Survey gennemførte krybeeksperimenter ved hjælp af et testapparat med lav temperatur i det eksperimentelle geofysiklaboratorium ved LLNL. De observerede og målte derefter is II-kornstørrelse under anvendelse af et kryogent scanningselektronmikroskop. Gruppen fandt en krybmekanisme, der dominerer strømning ved lavere spændinger og finere kornstørrelser. Tidligere eksperimenter med højere spændinger og større kornstørrelse aktiverede strømningsmekanismer, som ikke var afhængige af kornstørrelse.
Eksperimentelle eksperter var i stand til at bevise, at den nye krybmekanisme faktisk var relateret til størrelsen på iskornene, noget som tidligere kun var blevet undersøgt teoretisk.
Men målingen var ingen let bedrift. Først måtte de skabe is II med meget fin kornstørrelse (mindre end 10 mikrometer, eller en tiendedel af tykkelsen på et menneskehår). En teknik til hurtig cykling af tryk over og under 2.000 atmosfærer gjorde til sidst susen. Hertil kommer, at holdet opretholdt et meget stabilt 2.000 atmosfære af tryk i testapparatet for at køre et lavspændings-deformationseksperiment i flere uger. Til sidst, for at afgrænse is II-kornene og gøre dem synlige i det scannende elektronmikroskop, udviklede teamet en metode til at markere korngrænserne med den almindelige form for is ("is I"), som syntes anderledes end is II i mikroskopet . Når grænserne var identificeret, kunne holdet måle is II's kornstørrelse.
”Disse nye resultater viser, at viskositeten af en dyb iskalk er meget lavere, end vi tidligere troede,” sagde William Durham, en geofysiker i Livermores direktorat for energi og miljø.
Durham sagde, at testapparatets højkvalitetsadfærd ved 2.000 atmosfæretryk, samarbejdet med Tomoaki Kubo fra Kyushu University og succes med at overvinde alvorlige tekniske udfordringer gjort til et vellykket eksperiment.
Ved hjælp af de nye resultater konkluderer forskerne, at det sandsynligvis er, at isen deformeres af den kornstørrelsesfølsomme krybmekanisme indeni iskolde måner, når kornene er op til en centimeter i størrelse.
"Denne nyopdagede krybmekanisme vil ændre vores tanker om den termiske udvikling og interne dynamik i mellem- og store måner fra de ydre planeter i vores solsystem," sagde Durham. "Den termiske udvikling af disse måner kan hjælpe os med at forklare, hvad der skete i det tidlige solsystem."
Forskningen vises i 3. marts-udgaven af tidsskriftet Science.
Lawrence Livermore National Laboratory blev grundlagt i 1952 og har en mission at sikre national sikkerhed og anvende videnskab og teknologi til de vigtige spørgsmål i vores tid. Lawrence Livermore National Laboratory administreres af University of California for U.S. Department of Energy's National Nuclear Security Administration.
Original kilde: LLNL nyhedsmeddelelse
