Callisto bulan berais Musytari. Kredit gambar: NASA Klik untuk membesarkan
Semasa saintis mengetahui lebih banyak mengenai Sistem Suria kita, mereka telah menemui ais air dalam beberapa keadaan yang tidak biasa. Penyelidik di Makmal Nasional Lawrence Livermore telah mencipta semula es seperti ini di makmal mereka; ais yang mungkin meniru keadaan tekanan, suhu, tekanan, dan ukuran butiran yang terdapat pada bulan-bulan ini. Es ini perlahan-lahan dapat merayap dan berpusing bergantung pada suhu dalaman bulan.
Ais sehari-hari yang anda gunakan untuk menyejukkan segelas limun telah membantu para penyelidik memahami struktur dalaman bulan ais yang lebih jauh di kejauhan sistem suria.
Pasukan penyelidik telah menunjukkan jenis baru "merayap", atau mengalir, dalam bentuk tekanan tinggi ais dengan membuat di makmal keadaan tekanan, suhu, tekanan, dan ukuran butir yang meniru yang ada di bahagian dalam yang besar bulan berais.
Fasa tekanan tinggi ais adalah komponen utama bulan es gergasi dari sistem suria luar: Jupiter's Ganymede and Callisto, Saturn's Titan, dan Neptune's Triton. Triton kira-kira seukuran bulan kita sendiri; tiga gergasi lain berdiameter kira-kira 1.5 kali lebih besar. Teori yang diterima mengatakan bahawa sebahagian besar bulan berais terkondensasi sebagai "bola salji kotor" dari awan debu di sekitar matahari (nebula suria) kira-kira 4.5 bilion tahun yang lalu. Bulan dihangatkan secara dalaman oleh proses penambahan ini dan oleh peluruhan radioaktif pecahan batu mereka.
Aliran perolakan ais (seperti putaran dalam secawan kopi panas) di bahagian dalam bulan ais mengawal evolusi seterusnya dan struktur masa kini. Semakin lemah ais, semakin cekap perolakan, dan dalamannya lebih sejuk. Sebaliknya, semakin kuat ais, dalamannya lebih panas dan semakin besar kemungkinan sesuatu seperti lautan dalaman cair muncul.
Penyelidikan baru ini menunjukkan pada salah satu fasa tekanan tinggi dari es ("ais II") mekanisme merayap yang dipengaruhi oleh ukuran kristal atau "butir" ais. Penemuan ini menunjukkan lapisan ais yang jauh lebih lemah di bulan daripada yang difikirkan sebelumnya. Ice II pertama kali muncul pada tekanan sekitar 2.000 atmosfera, yang sesuai dengan kedalaman sekitar 70 km di raksasa es terbesar. Lapisan ais II setebal kira-kira 100 km. Tahap tekanan di pusat bulan gergasi berais akhirnya mencapai setara 20.000 hingga 40.000 atmosfera Bumi.
Penyelidik dari Laboratorium Nasional Lawrence Livermore (LLNL), Universiti Kyushu di Jepun dan Tinjauan Geologi A.S. melakukan eksperimen merayap menggunakan alat ujian suhu rendah di Laboratorium Geofizik Eksperimen di LLNL. Mereka kemudian memerhatikan dan mengukur ukuran butir ais II dengan menggunakan mikroskop elektron scanning kriogenik. Kumpulan itu menemui mekanisme merayap yang mendominasi aliran pada tekanan yang lebih rendah dan ukuran butiran yang lebih halus. Eksperimen sebelumnya pada tekanan yang lebih tinggi dan ukuran butiran yang lebih besar mekanisme aliran aktif yang tidak bergantung pada ukuran butiran.
Para eksperimentalis dapat membuktikan bahawa mekanisme merayap baru memang berkaitan dengan ukuran butiran ais, sesuatu yang sebelumnya hanya diperiksa secara teori.
Tetapi pengukuran itu bukan pencapaian yang mudah. Pertama, mereka harus membuat ais II dengan ukuran butiran yang sangat halus (kurang dari 10 mikrometer, atau sepersepuluh ketebalan rambut manusia). Teknik tekanan kitaran pantas di atas dan di bawah 2,000 atmosfera akhirnya berjaya. Selain itu, pasukan mengekalkan tekanan atmosfera 2.000 yang sangat mantap dalam alat ujian untuk menjalankan eksperimen ubah bentuk tekanan rendah selama berminggu-minggu. Akhirnya, untuk menggambarkan butiran ais II dan membuatnya dapat dilihat dalam mikroskop elektron pengimbasan, pasukan mengembangkan kaedah menandakan batas butiran dengan bentuk ais yang biasa ("ais I"), yang kelihatan berbeza dari ais II di mikroskop . Setelah batas dikenal pasti, pasukan dapat mengukur ukuran butir ais II.
"Hasil baru ini menunjukkan bahawa kelikatan mantel berais jauh lebih rendah daripada yang kita fikirkan sebelumnya," kata William Durham, ahli geofisika di Direktorat Tenaga dan Lingkungan Livermore.
Durham mengatakan tingkah laku berkualiti tinggi alat ujian pada tekanan 2.000 atmosfera, kerjasama dengan Tomoaki Kubo dari Universiti Kyushu, dan kejayaan dalam mengatasi cabaran teknikal yang serius yang dibuat untuk percubaan kebetulan.
Dengan menggunakan hasil baru, para penyelidik menyimpulkan bahawa kemungkinan ais berubah bentuk oleh mekanisme penyerapan peka ukuran butiran di bahagian dalam bulan berais ketika biji-bijian berukuran hingga satu sentimeter.
"Mekanisme merayap yang baru ditemui ini akan mengubah pemikiran kita mengenai evolusi termal dan dinamika dalaman bulan bersaiz sederhana dan besar dari planet luar di sistem suria kita," kata Durham. "Evolusi termal bulan ini dapat membantu kita menjelaskan apa yang berlaku pada sistem suria awal."
Penyelidikan ini muncul dalam edisi 3 Mac jurnal Science.
Ditubuhkan pada tahun 1952, Makmal Nasional Lawrence Livermore mempunyai misi untuk memastikan keselamatan negara dan menerapkan sains dan teknologi pada isu-isu penting pada zaman kita. Makmal Nasional Lawrence Livermore dikendalikan oleh University of California untuk Pentadbiran Keselamatan Nuklear Nasional Jabatan Tenaga A.S.
Sumber Asal: Siaran Berita LLNL
