Bulan Callisto yang sedingin es di Jupiter. Kredit gambar: NASA Klik untuk memperbesar
Ketika para ilmuwan mempelajari lebih lanjut tentang Tata Surya kita, mereka menemukan es air dalam beberapa situasi yang tidak biasa. Para peneliti di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menciptakan kembali es jenis ini di laboratorium mereka; es yang mungkin meniru kondisi tekanan, suhu, stres, dan ukuran butir yang ditemukan pada bulan-bulan ini. Es ini dapat perlahan-lahan merayap dan berputar-putar tergantung pada suhu interior bulan.
Es sehari-hari yang Anda gunakan untuk mendinginkan segelas limun telah membantu para peneliti lebih memahami struktur internal bulan-bulan es di ujung-ujung tata surya.
Sebuah tim peneliti telah menunjukkan jenis baru "creep," atau aliran, dalam bentuk es bertekanan tinggi dengan menciptakan di laboratorium kondisi tekanan, suhu, tegangan, dan ukuran butiran yang meniru orang-orang di interior yang dalam dari besar. bulan es.
Fase tekanan tinggi dari es adalah komponen utama dari bulan es raksasa di tata surya luar: Ganymede dan Callisto di Jupiter, Titan Saturnus, dan Triton Neptunus. Triton kira-kira seukuran bulan kita sendiri; tiga raksasa lainnya berdiameter 1,5 kali lebih besar. Teori yang diterima mengatakan bahwa sebagian besar bulan es mengembun sebagai "bola salju kotor" dari awan debu di sekitar matahari (nebula matahari) sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu. Bulan-bulan dihangatkan secara internal oleh proses akresi ini dan oleh peluruhan radioaktif dari fraksi bebatuan mereka.
Aliran es konvektif (seperti pusaran dalam secangkir kopi panas) di interior bulan-bulan es mengendalikan evolusi mereka selanjutnya dan struktur masa kini. Semakin lemah es, semakin efisien konveksi, dan semakin dingin interiornya. Sebaliknya, semakin kuat es, semakin hangat interior dan semakin besar kemungkinan sesuatu seperti lautan cair internal muncul.
Penelitian baru mengungkapkan dalam salah satu fase es tekanan tinggi ("ice II") mekanisme creep yang dipengaruhi oleh ukuran kristal atau "butiran" es. Temuan ini menyiratkan lapisan es yang secara signifikan lebih lemah di bulan daripada yang diperkirakan sebelumnya. Es II pertama kali muncul pada tekanan sekitar 2.000 atmosfer, yang sesuai dengan kedalaman sekitar 70 km di raksasa es terbesar. Lapisan es II sekitar 100 km. Tingkat tekanan di pusat-pusat bulan raksasa es akhirnya mencapai setara dengan 20.000 hingga 40.000 atmosfer Bumi.
Para peneliti dari Laboratorium Nasional Lawrence Livermore (LLNL), Universitas Kyushu di Jepang dan Survei Geologi A.S. melakukan eksperimen creep menggunakan alat uji suhu rendah di Laboratorium Geofisika Eksperimental di LLNL. Mereka kemudian mengamati dan mengukur ukuran butiran es II menggunakan mikroskop elektron pemindaian kriogenik. Kelompok ini menemukan mekanisme creep yang mendominasi aliran pada tegangan rendah dan ukuran butir lebih halus. Percobaan sebelumnya pada tekanan yang lebih tinggi dan ukuran aliran yang lebih besar mengaktifkan mekanisme aliran yang tidak bergantung pada ukuran butir.
Para eksperimentalis mampu membuktikan bahwa mekanisme creep baru memang terkait dengan ukuran butiran es, sesuatu yang sebelumnya hanya diperiksa secara teoritis.
Tetapi pengukuran itu tidak mudah. Pertama, mereka harus membuat es II dengan ukuran butiran yang sangat halus (kurang dari 10 mikrometer, atau sepersepuluh ketebalan rambut manusia). Teknik perputaran tekanan yang cepat di atas dan di bawah 2.000 atmosfer akhirnya berhasil. Selain itu, tim mempertahankan 2.000 atmosfer tekanan yang sangat mantap dalam peralatan pengujian untuk menjalankan eksperimen deformasi tegangan rendah selama berminggu-minggu. Akhirnya, untuk melukiskan butiran es II dan membuatnya terlihat dalam mikroskop elektron pemindaian, tim mengembangkan metode menandai batas butir dengan bentuk umum es ("es I"), yang tampak berbeda dari es II dalam mikroskop. . Setelah batas diidentifikasi, tim dapat mengukur ukuran butir es II.
"Hasil baru ini menunjukkan bahwa viskositas mantel es yang dalam jauh lebih rendah daripada yang kita duga sebelumnya," kata William Durham, ahli geofisika di Direktorat Energi dan Lingkungan Livermore.
Durham mengatakan perilaku berkualitas tinggi dari alat uji pada tekanan 2.000 atmosfer, kolaborasi dengan Tomoaki Kubo dari Universitas Kyushu, dan keberhasilan dalam mengatasi tantangan teknis serius yang dibuat untuk percobaan yang kebetulan.
Dengan menggunakan hasil baru, para peneliti menyimpulkan bahwa kemungkinan es berubah bentuk oleh mekanisme creep yang sensitif terhadap ukuran butir di bagian dalam bulan-bulan es ketika ukuran butir mencapai satu sentimeter.
"Mekanisme creep yang baru ditemukan ini akan mengubah pemikiran kita tentang evolusi termal dan dinamika internal bulan-dan-ukuran besar dari planet-planet luar di tata surya kita," kata Durham. "Evolusi termal dari bulan-bulan ini dapat membantu kami menjelaskan apa yang terjadi di tata surya awal."
Penelitian ini muncul dalam edisi 3 Maret jurnal Science.
Didirikan pada tahun 1952, Laboratorium Nasional Lawrence Livermore memiliki misi untuk memastikan keamanan nasional dan menerapkan ilmu pengetahuan dan teknologi untuk masalah-masalah penting di zaman kita. Lawrence Livermore National Laboratory dikelola oleh University of California untuk Administrasi Keamanan Nuklir Nasional Departemen A.S.
Sumber Asli: Siaran Berita LLNL
