این داستان دوباره مورد بررسی قرار گرفته است ائوسخواندنی مقاله اصلی
مولکول های یخ آب از جمله شایع ترین فضا هستند و در داخل و خارج از بسیاری از اجسام سیاره ای در منظومه شمسی ما تأثیر می گذارند. یخچالهای طبیعی بخش هایی از سطح زمین را تشکیل می دهند ، و سیاره کوتوله پلوتون به همراه قمرهایی مانند اروپا ، گانیمد ، تایتان و انسلادوس ، مناظر کاملی از یخ ، از جمله سنگ ، کوه و حتی آتشفشانها دارند.
تحت فشار زیاد یا شرایط دمای بسیار پایین ، یخی ساختارهای کریستالی مختلفی را از مواردی که به طور طبیعی در زمین یافت می شود شکل می دهد. شناسایی و اندازه گیری این سازه ها در جهان مانند گانیمد داده های منحصر به فردی در مورد فضای داخلی این اجسام آسمانی ارائه می دهد ، به همین ترتیب مطالعه سنگهای گوشته ، که بر روی سطح زمین فشار می یابد ، زمین شناسی عمیق سیاره ما را نشان می دهد.
در آزمایشگاه ، محققان می توانند برای درک ساختار آن ، یخ یا نوترون را بمباران کنند. اما چنین ابزارهایی برای پرواز یک فضاپیما عملی نیستند.
اکنون آزمایشات جدید انجام شده توسط کریستینا تونوور و همکارانش در Universität Innsbuck در اتریش نشان می دهد که چگونه می توان بین ساختارهای یخی را با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز تشخیص داد. تجزیه و تحلیل های منتشر شده در نامه های معاینه فیزیکی تابستان امسال می توانند با استفاده از ناسا جیمز وب (JWST) یا مأموریت آژانس فضایی اروپا (Jupiter ICY Moons Explorer) انجام شود ، که در حال حاضر در راه مشتری است.
Tonauer گفت: “ICES ، که ما در آزمایشگاه آماده می کنیم ، فقط به طور طبیعی در فضا یافت می شود.” “من همچنین به نجوم علاقه مندم ، و این مرا برای یخ آب آویزان کرد.”
در طول پزشک Tonauer. کار در اوایل دهه 2020 JWST هنوز شروع به کار نکرد ، اما مشخص بود که رصدخانه مادون قرمز راه هایی را برای مطالعه قمرهای یخ زده روی منظومه شمسی خارجی باز می کند. هنگامی که او و همکارانش در ادبیات عمیق تر شدند ، آنها فهمیدند که یک اثر بسیار طیف سنجی روی یخ – مطالعه ای که تا حد زیادی پیش از جهش در درک به دست آمده توسط مأموریت های Voyager و Cassini – طول موج مادون قرمز (IR) را بیشتر از آنچه اندازه گیری می کردند ، بررسی کردند.
در مورد Tonauer و همکارانش ، به نظر می رسید که مطالعه طیف IR موج کوتاهتر (تقریباً IR) که توسط یخ در این جهان های دوردست ساطع می شود ، مفید باشد.
تولید کننده یخ ، تولید کننده یخ ، من را کمی یخ درست کنید
تا سال 2025 ، 21 مرحله مختلف یخ در آزمایش های آزمایشگاهی مشخص شد ، اگرچه در شرایط عادی فقط یک شکل وجود داشت. این فرم ICE I نام داردسخنرانی (“یخ آه” را تلفظ کنید) ، جایی که “H” به مدل شش ضلعی اتم های اکسیژن مولکول هنگام مشاهده از یک جهت اشاره دارد.
شرایطی که به محققان امکان مطالعه سایر مراحل یخ در آزمایشگاه را می دهد ، به طور طبیعی در سایر سیارات و قمرها وجود دارد ، اما دانشمندان نتیجه می گیرند که مراحل می توانند در آنجا وجود داشته باشند.
به عنوان مثال گانیمد و سایر جهان در منظومه شمسی خارجی چیزی شبیه به پویایی مانتو دارند ، اما به جای آن به جای مواد معدنی سیلیکات.
مانتوی گانیمد می تواند 800 کیلومتر ضخامت داشته باشد و از چندین اشکال یخ تشکیل شده است که فقط با آزمایش های آزمایشگاهی روی زمین شناخته می شوند. Tonauer و همکارانش ICE V و ICE XIII را برای تحقیقات خود انتخاب کردند ، زیرا آنها در زیر فشار بالا و دمای پایین موجود در داخل گانیم و سایر قمرها تشکیل می شوند. این مراحل دارای یکسان اتم های اکسیژن هستند ، اما جهت گیری های مختلف اتم های هیدروژن: در یخ V هیدروژن در اطراف هم زده می شود ، در حالی که هیدروژن در یخ XIII ساختار یافته است.
عملکرد این نوع یخ در آزمایشگاه نیاز به خنک کننده آب مایع با نیتروژن مایع در زیر 5000 فشار جو (500 مگاپاسکال) دارد. از آنجا که نمونه ها پس از تشکیل ، سرد نگه داشته می شوند ، Tonauer خاطرنشان می کند ، آنها نیازی به فشار زیاد ندارند تا با حرکت اتم ها به آرامی پایدار بمانند.
این حرکت آهسته هنوز اتصالات بین مولکول ها را افزایش می دهد ، لرزشی که سیگنال های IR را تولید می کند. با استفاده از طیف سنجی برای تفسیر انتشار ، Tonauer و همکارانش دریافتند که این سیگنال ها برای ICE V و ICE XIII متفاوت هستند. این تفاوت اولین نمایش تجربی استفاده از IR برای تمایز تنظیمات هیدروژن در مراحل مختلف یخ بود. او همچنین راهی برای شناسایی آنها از راه دور تأکید کرد.
محققان از شبیه ساز JWST استفاده کردند تا نشان دهند که چند ساعت مشاهده برای تمایز این مراحل یخی گانیم شده کافی خواهد بود.
زلب
پایداری این مراحل یخ برای درک حضور احتمالی آنها در سطح گانیمد بسیار مهم است: مراحل به فشار زیاد نیاز دارند شکلاما اگر آنها با فشار کمتری به سطح بیایند ، می توانند ساختار کریستال عجیب و غریب خود را برای یک دوره نامحدود حفظ کنند. به این ترتیب ، وجود ICE V یا XIII جزئیات گوشته یخی را ارائه می دهد ، که در غیر این صورت غیرقابل دسترسی خواهد بود.
مأموریت های گذشته و فعلی به سیستم Jovian روشن کرده است که فضای داخلی گانیمد حاوی اقیانوس آب مایع است که بین لایه های یخ فیلمبرداری شده است ، اما ساختارهای کریستالی آن ها و همچنین نحوه حرکت و توسعه لایه ها توسط داده های تجربی بررسی نمی شود. مطابق مدل های داخلی قمری یخ ، محیط فشار زیاد باید ICE V را تولید کند ، که پدیده هایی مانند Tidal Jupiter می توانند به سطح آن برسند.
این تجزیه و تحلیل طیف سنجی مادون قرمز جدید نشان می دهد که چگونه می توان بین یخ I تمایز قائل شدسخنرانییخ V و ICE XIII – به ذکر یخ آمورف که فاقد ساختار کریستالی روشن است – بدون نیاز به بازگشت نمونه ها به زمین برای یک آزمایشگاه (پیشنهاد خیلی گران). این روش می تواند یک روش ناظر برای بررسی یا رد مدل های پویایی داخلی یخ فراهم کند و تصویر ما را از ساختار داخلی Ganymed تشدید کند و به ما در درک چگونگی رفتار و تعامل عطرهای مختلف یخ در محیط طبیعی کمک کند.
دانا کسیم ، یک اخترفیزیک آزمایشگاهی در موسسه تحقیقات جنوب غربی در تگزاس ، که در مطالعه جدید شرکت نکرد ، می گوید: “اکنون می توانیم به طور بالقوه تفاوتهای ساختاری ظریف در قمرهای یخ را بدون نیاز به بازگشت به کشاورزان یا نمونه ها پیدا کنیم.”
کاسیم خاطرنشان کرد: اگر غلات این یخ ها کوچک باشند و با هم مخلوط شوند ، ممکن است استخراج امضای IR دشوار باشد. همانطور که سایر مطالعات اخیر نشان داده اند ، یخ آمورف در فضا احتمالاً حاوی تکه هایی از یخ کریستالی است که در گوشه و کنار به هم پیوسته اند ، که می تواند شناسایی آن نیز دشوار باشد.
با این حال ، به نظر می رسد روش جدید امیدوار کننده است و می تواند به سؤالات حیاتی در مورد ساختار داخلی قمرهای یخ پاسخ دهد.
کسیم گفت: “ما میلیاردها دلار در این مأموریت های فضایی بزرگ سرمایه گذاری می کنیم.” “اگر واقعاً می خواهیم بفهمیم که داده های این دنیای زیبا و مرموز به ما چه می گویند ، انجام آزمایشات آزمایشگاهی مانند مواردی که در اینجا انجام می شود ، کاملاً ضروری است.”
