목성의 얼음 달 칼리스토. 이미지 크레디트 : NASA 확대하려면 클릭
과학자들이 우리 태양계에 대해 더 많이 배우면서, 특이한 상황에서 수빙을 발견했습니다. Lawrence Livermore National Laboratory의 연구원들은 실험실에서 이런 종류의 얼음을 재현했습니다. 아마도이 달에서 발견되는 압력, 온도, 스트레스 및 입자 크기의 조건을 모방 한 얼음. 이 얼음은 달의 내부 온도에 따라 천천히 기어 다니며 소용돌이 칠 수 있습니다.
레모네이드 한 잔을 식히기 위해 매일 사용하는 얼음은 연구원들이 태양계의 먼 곳에서 얼음 달의 내부 구조를 더 잘 이해하는 데 도움이되었습니다.
연구팀은 실험실에서 대형 내부의 내부 환경을 모방하는 압력, 온도, 응력 및 입자 크기의 조건을 만들어 고압 형태의 얼음에서 새로운 종류의 "크립"또는 흐름을 시연했습니다. 얼음 달.
얼음의 고압 단계는 목성의 가니메데와 칼리스토, 토성의 타이탄, 해왕성의 트리톤과 같은 외부 태양계의 거대한 얼음 달의 주요 구성 요소입니다. 트리톤은 대략 우리 자신의 달 크기입니다. 다른 세 거인의 직경은 약 1.5 배 더 큽니다. 받아 들여진 이론에 따르면 대부분의 얼음 달은 약 45 억 년 전에 태양 주위의 먼지 구름 (태양 성운)에서“더러운 눈덩이”로 응축되었다고합니다. 달은이 진행 과정과 암석의 방사성 붕괴에 의해 내부적으로 따뜻해졌다.
얼음 달 내부에서 얼음의 대류 흐름 (뜨거운 커피 한잔의 소용돌이처럼)은 이후의 진화와 현재의 구조를 통제했습니다. 얼음이 약할수록 대류는 더 효율적이며 실내는 차가워집니다. 반대로, 얼음이 강할수록 내부가 따뜻해지고 액체 내부 바다와 같은 것이 나타날 가능성이 커집니다.
새로운 연구는 얼음의 결정상 또는 입자 크기에 의해 영향을받는 크리프 메커니즘 인 얼음의 고압 단계 (“ice II”) 중 하나에서 밝혀졌다. 이 발견은 달에서 이전에 생각했던 것보다 훨씬 약한 얼음층을 의미합니다. 얼음 II는 약 2,000 기압의 압력에서 처음으로 나타나며, 이는 가장 큰 얼음 거인에서 약 70km의 깊이에 해당합니다. 얼음 II 층의 두께는 약 100km입니다. 얼어 붙은 거대한 달의 중심에서의 압력 수준은 결국 지구 대기의 20,000에서 40,000에 해당합니다.
일본 큐슈 대학교 로렌스 리버모어 국립 연구소 (LLNL)와 미국 지질 조사국의 연구원들은 LLNL의 실험 지구 물리학 실험실에서 저온 테스트 장치를 사용하여 크리프 실험을 수행했습니다. 그런 다음 극저온 주사 전자 현미경을 사용하여 얼음 II 입자 크기를 관찰하고 측정했습니다. 연구팀은 낮은 응력과 미세한 입자 크기에서 유동을 지배하는 크리프 메커니즘을 발견했다. 입자 크기에 의존하지 않는 더 높은 응력 및 더 큰 입자 크기 활성화 된 흐름 메커니즘에서의 초기 실험.
실험자들은 새로운 크립 메커니즘이 실제로 이론적으로 만 검토되었던 얼음 알갱이의 크기와 관련이 있음을 증명할 수있었습니다.
그러나 측정은 쉽지 않았습니다. 첫째, 그들은 매우 미세한 입자 크기 (10 마이크로 미터 미만, 또는 머리카락의 1/10 두께)의 얼음 II를 만들어야했습니다. 2,000 기압 위와 아래의 압력을 빠르게 순환시키는 기술이 결국 트릭을 만들었습니다. 또한 팀은 몇 주 동안 스트레스가 적은 변형 실험을 수행하기 위해 테스트 장치 내에서 2,000 기압의 매우 안정적인 압력을 유지했습니다. 마지막으로, 얼음 II 입자를 묘사하고 그것들을 주사 전자 현미경에서 볼 수 있도록하기 위해, 팀은 현미경의 얼음 II와는 다르게 나타나는 일반적인 형태의 얼음 (“얼음 I”)으로 입자 경계를 표시하는 방법을 개발했습니다. . 경계가 확인되면 팀은 얼음 II의 입자 크기를 측정 할 수 있습니다.
리버모어 에너지 및 환경국의 지구 물리학자인 윌리엄 더럼 (William Durham)은“이 새로운 결과는 깊은 얼음 맨틀의 점도가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 낮다는 것을 보여준다.
더럼은 2,000 기압에서 시험기의 고품질 행동, 규슈 대학의 토모아키 쿠보와의 협력, 우연한 실험을위한 중대한 기술적 과제 극복에 성공했다고 말했다.
연구진은 새로운 결과를 이용하여 곡물의 크기가 센티미터가 될 때 얼음 달 내부의 입자 크기에 민감한 크리프 메커니즘에 의해 얼음이 변형 될 가능성이 있다고 결론 내렸다.
"이 새로 발견 된 크리프 메커니즘은 우리 태양계에있는 외부 행성의 중형 및 대형 위성의 열 진화 및 내부 역학에 대한 우리의 생각을 변화시킬 것"이라고 Durham은 말했다. "이 달의 열 진화는 우리가 초기 태양계에서 무슨 일이 있었는지 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다."
이 연구는 3 월 3 일자 사이언스 지에 실렸다.
1952 년에 설립 된 Lawrence Livermore National Laboratory는 국가 안보를 보장하고 우리 시대의 중요한 문제에 과학 기술을 적용하는 사명을 가지고 있습니다. Lawrence Livermore National Laboratory는 미국 에너지 부의 국가 핵 안보국 (National Nuclear Security Administration)을 위해 캘리포니아 대학에서 관리합니다.
원본 출처 : LLNL 뉴스 릴리스
