|
Внеземные вулканы могут быть как горячими, так и холодными
|
|
|
|
Везувий, Кракатау, гора Сент-Хеленс: С момента образования Земли примерно 4,5 миллиарда лет назад конвекция и выброс горячей магмы в ее мантийном слое, как известно, привели к некоторым из самых смертоносных извержений в истории. Но что, если такие же взрывы произошли, когда геологический объект и близлежащие химические соединения стали слишком холодными?
|
|
|
|
Подтверждение этого шокирующего явления стало центральной темой исследования докторантки пятого курса Шейлин Рапоса и недавней выпускницы NAU Анны Энгл, опубликованного в прошлом месяце в журнале Geophysical Research: Planets.
|
|
|
|
Сосредоточившись на материалах, найденных на ледяных ледниках Плутона и озерах Титана, крупнейшего спутника Сатурна, исследователи изначально намеревались изучить, как эти соединения, которые существуют на Земле в виде газов, ведут себя при температурах ниже нуля.
|
|
|
|
Однако их ждал сюрприз, когда холодные условия в лаборатории астрофизических материалов Веттоу привели к резким скачкам давления и небольшим взрывам, когда их химические смеси начали замерзать, что исследователи назвали "выбросом".
|
|
|
|
|
|
|
"Эти выбросы происходят при охлаждении смеси, подобно тому, как газировка слишком долго остается в морозилке", - сказал Рапоса. "Однако, когда речь заходит о геологических извержениях, мы думаем о них как о последствиях разогрева чего-либо, например, вулканов. В обоих случаях изменение температуры вызывает изменение давления, что имеет смысл, но мы не ожидали увидеть скачок давления после того, как наши смеси застынут".
|
|
|
|
Завершив исследование в 2023 году, Рапоза и Энгл приготовили смеси с различным содержанием азота, этана, монооксида углерода или метана — всех соединений, обнаруженных в жидком виде на Плутоне и Титане, — и поместили их в ячейки для образцов из алюминиевого сплава. Затем эти элементы охлаждались в гелиевом холодильнике и регулировались температурой с помощью двух нихромовых нагревателей, что соответствовало температуре -300° за пределами Солнечной системы.
|
|
|
|
Используя спектроскопию, исследователи смогли подтвердить точные условия, которые привели к фазовым изменениям в каждой смеси компонентов, от газообразных форм до твердых льдов. Это исследование стало редкой попыткой точно воспроизвести внеземные условия на Земле, что стало возможным только благодаря уникальному лабораторному помещению в НАУ.
|
|
|
|
"Отправлять физические миссии в такие места, как Плутон и Титан, для изучения поверхности дорого, поэтому приятно иметь возможность изучить, как ведут себя эти материалы в лабораторных условиях", - сказал Рапоса. "Однако существуют трудности, поскольку вам необходимо лабораторное оборудование, подобное нашему, предназначенное для изучения смесей при низких температурах. Их существует не так много, и в результате до сих пор проводилось очень мало исследований, изучающих поведение этих материалов".
|
|
|
|
Когда температура замерзания смеси достигала или была ниже ее, жидкость, находящаяся под слоем затвердевающего льда, начинала лопаться и выпячиваться, что приводило к выделению скрытого тепла и резкому скачку давления, превышавшему прочность удерживающего ее твердого вещества.
|
|
|
|
Эта реакция, возможно, может стать ответом на бесчисленные загадки, связанные с взрывоопасностью, преследующие нашу Солнечную систему и за ее пределами, от ледяного или грязевого вулканизма на Марсе до глубоких впадин на поверхности Титана.
|
|
|
|
"При определенных условиях мы могли бы наблюдать эруптивные явления, вызванные похолоданием как на ледяных, так и на скалистых планетах", - сказал Рапоса. "Вспышки, подобные тем, что мы наблюдали в лаборатории, могут дать альтернативные объяснения взрывным кратерам, обнаруженным в Сибири, и, возможно, гейзерам и шлейфам, обнаруженным на Европе, спутнике Юпитера, и Энцеладе, другом спутнике Сатурна".
|
|
|
|
Хотя магма и изнуряющая жара, возможно, не являются заметными факторами на других планетных телах, расположенных за миллиарды миль от нас, исследование Рапозы и Энгла гарантирует, что ученым не придется откладывать свои исследования в долгий ящик.
|
|
|
|
Данные о том, как изменения температуры и давления влияют на составы за пределами Земли, могут оказаться критически важными для создания точных моделей таких мест, как Плутон и Титан, что в конечном итоге приведет к новым открытиям, связанным с каждым астрономическим объектом.
|
|
|
|
Благодаря ценному пониманию термодинамики, полученному в ходе этого исследования, астрономы стали на шаг ближе к тому, чтобы донести космические грохочущие гиганты Солнечной системы до наших земных лабораторий.
|
|
|
|
Источник
|
