ดวงจันทร์น้ำแข็งของ Callisto ของดาวพฤหัสบดี เครดิตรูปภาพ: NASA คลิกเพื่อขยาย
ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบสุริยะของเราพวกเขาพบน้ำแข็งในสถานการณ์ที่ผิดปกติ นักวิจัยที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์ได้สร้างน้ำแข็งชนิดนี้ขึ้นมาใหม่ในห้องปฏิบัติการ น้ำแข็งที่เลียนแบบเงื่อนไขของความดันอุณหภูมิความเครียดและขนาดของเมล็ดข้าวที่พบในดวงจันทร์เหล่านี้ น้ำแข็งชนิดนี้สามารถคืบคลานและหมุนอย่างช้าๆขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของการตกแต่งภายในของดวงจันทร์
น้ำแข็งประจำวันที่คุณใช้ในการทำใจให้เย็นแก้วน้ำมะนาวช่วยให้นักวิจัยเข้าใจโครงสร้างภายในของดวงจันทร์น้ำแข็งที่อยู่ไกลถึงระบบสุริยะ
ทีมวิจัยได้แสดงให้เห็นถึง "คืบ" รูปแบบใหม่หรือในรูปแบบของแรงดันสูงน้ำแข็งโดยการสร้างในห้องปฏิบัติการเงื่อนไขของความดันอุณหภูมิความเครียดและขนาดเม็ดที่เลียนแบบพวกเขาในการตกแต่งภายในที่มีขนาดใหญ่ลึก ดวงจันทร์น้ำแข็ง
ขั้นตอนของน้ำแข็งแรงดันสูงเป็นองค์ประกอบสำคัญของดวงจันทร์น้ำแข็งยักษ์ของระบบสุริยะชั้นนอก: แกนิมีดและคาลลิสโตของดาวพฤหัสบดีไททันของดาวเสาร์และไทรทันของเนปจูน ไทรทันมีขนาดเท่ากับดวงจันทร์ของเราเอง อีกสามยักษ์ใหญ่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่ขึ้นประมาณ 1.5 เท่า ทฤษฎีที่ยอมรับบอกว่าดวงจันทร์น้ำแข็งส่วนใหญ่ย่อตัวเป็น "ก้อนหิมะสกปรก" จากก้อนฝุ่นรอบดวงอาทิตย์ (เนบิวลาดวงอาทิตย์) ประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน ดวงจันทร์ได้รับความอบอุ่นจากภายในด้วยกระบวนการเพิ่มมวลและการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีจากเศษหิน
การไหลเวียนของน้ำแข็ง (คล้ายกับการหมุนวนในกาแฟร้อน) ในการตกแต่งภายในของดวงจันทร์น้ำแข็งควบคุมการวิวัฒนาการและโครงสร้างปัจจุบันของพวกเขา ยิ่งน้ำแข็งอ่อนตัวการพาความร้อนและการตกแต่งภายในก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในทางกลับกันน้ำแข็งที่แข็งกว่าการตกแต่งภายในที่อุ่นขึ้นและความเป็นไปได้ของบางสิ่งบางอย่างเช่นมหาสมุทรภายในที่เป็นของเหลวปรากฏขึ้น
การวิจัยใหม่เผยให้เห็นในขั้นตอนหนึ่งของน้ำแข็งแรงดันสูง ("น้ำแข็ง II") กลไกการคืบที่ได้รับผลกระทบจากขนาดผลึกหรือ "เม็ด" ของน้ำแข็ง การค้นพบนี้แสดงถึงชั้นน้ำแข็งที่อ่อนแอกว่าอย่างเห็นได้ชัดในดวงจันทร์มากกว่าที่เคยคิดไว้ Ice II ปรากฏตัวครั้งแรกที่ความกดดันประมาณ 2,000 บรรยากาศซึ่งสอดคล้องกับความลึกประมาณ 70 กม. ในยักษ์ใหญ่ที่สุดของน้ำแข็ง ชั้นน้ำแข็งที่สองนั้นมีความหนาประมาณ 100 กิโลเมตร ระดับความดันที่ศูนย์กลางของดวงจันทร์ยักษ์น้ำแข็งในที่สุดก็มาถึงเทียบเท่า 20,000 ถึง 40,000 ชั้นบรรยากาศโลก
นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์ (LLNL), มหาวิทยาลัยคิวชูในญี่ปุ่นและการสำรวจทางธรณีวิทยาสหรัฐอเมริกาได้ทำการทดลองแบบคืบโดยใช้เครื่องมือทดสอบอุณหภูมิต่ำในห้องปฏิบัติการธรณีฟิสิกส์ทดลองที่ LLNL จากนั้นพวกเขาก็สังเกตและวัดขนาดของเม็ดน้ำแข็ง II โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนอุณหภูมิ กลุ่มพบกลไกการคืบที่ควบคุมการไหลที่ความเค้นต่ำและขนาดของเมล็ดที่ละเอียดกว่า การทดลองก่อนหน้านี้ที่ความเค้นสูงขึ้นและกลไกการไหลขนาดใหญ่ที่เปิดใช้งานซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดเกรน
ผู้ทำการทดลองสามารถพิสูจน์ได้ว่ากลไกการคืบใหม่นั้นเกี่ยวข้องกับขนาดของเม็ดน้ำแข็งอย่างแน่นอนสิ่งที่ก่อนหน้านี้เพิ่งถูกตรวจสอบทางทฤษฎีเท่านั้น
แต่การวัดนั้นไม่ง่ายเลย ก่อนอื่นพวกเขาต้องสร้างน้ำแข็ง II ที่มีขนาดเกรนละเอียดมาก (น้อยกว่า 10 ไมโครเมตรหรือความหนาหนึ่งในสิบของเส้นผมมนุษย์) เทคนิคของการขี่จักรยานอย่างรวดเร็วของความดันสูงกว่าและต่ำกว่า 2,000 บรรยากาศในที่สุดก็ทำเคล็ดลับ นอกเหนือจากนั้นทีมงานยังคงความดันบรรยากาศไว้ที่ 2,000 บรรยากาศภายในเครื่องทดสอบเพื่อทำการทดสอบการเสียรูปแบบความเค้นต่ำเป็นเวลาหลายสัปดาห์เมื่อสิ้นสุด ในที่สุดเพื่อแยกแยะน้ำแข็ง II ธัญพืชและทำให้มองเห็นได้ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนทีมพัฒนาวิธีการทำเครื่องหมายขอบเขตของเมล็ดข้าวด้วยรูปแบบทั่วไปของน้ำแข็ง (“ ice I”) ซึ่งปรากฏแตกต่างจากน้ำแข็ง II ในกล้องจุลทรรศน์ . เมื่อระบุขอบเขตแล้วทีมสามารถวัดขนาดเกรนของน้ำแข็ง II
“ ผลลัพธ์ใหม่เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าความหนืดของแมนเทิลที่เป็นน้ำแข็งต่ำกว่าที่เราเคยคิดไว้มาก” วิลเลียมเดอร์แฮมนักธรณีฟิสิกส์ในคณะกรรมการพลังงานและสิ่งแวดล้อมของลิเวอร์มอร์กล่าว
เดอร์แฮมกล่าวว่าพฤติกรรมที่มีคุณภาพสูงของอุปกรณ์ทดสอบที่ความดันบรรยากาศ 2,000 ความร่วมมือกับโทโมอากิคุโบะจากมหาวิทยาลัยคิวชูและความสำเร็จในการเอาชนะความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญสำหรับการทดลองโดยไม่เจตนา
จากการใช้ผลลัพธ์ใหม่นักวิจัยสรุปว่ามันน่าจะเป็นน้ำแข็งที่รูปร่างผิดปกติของกลไกการคืบของเม็ดเล็กในการตกแต่งภายในของดวงจันทร์น้ำแข็งเมื่อธัญพืชมีขนาดใหญ่ถึงเซนติเมตร
“ กลไกการคืบที่เพิ่งค้นพบใหม่นี้จะเปลี่ยนความคิดของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการความร้อนและการเปลี่ยนแปลงภายในของดวงจันทร์ขนาดกลางและขนาดใหญ่ของดาวเคราะห์ชั้นนอกในระบบสุริยะของเรา” Durham กล่าว “ วิวัฒนาการทางความร้อนของดวงจันทร์เหล่านี้สามารถช่วยเราอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นในระบบสุริยะยุคแรก”
การวิจัยปรากฏในวารสาร Science Science ฉบับวันที่ 3 มีนาคม
ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์ก่อตั้งขึ้นในปี 2495 มีภารกิจเพื่อรับรองความมั่นคงของประเทศและนำวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมาใช้กับประเด็นที่สำคัญในยุคของเรา ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์บริหารงานโดยมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเพื่อการบริหารความปลอดภัยทางนิวเคลียร์แห่งชาติของกระทรวงพลังงานสหรัฐ
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว LLNL
