木星の氷の月カリスト。画像クレジット：NASAクリックして拡大
科学者が私たちの太陽系についてさらに学ぶにつれて、彼らはいくつかの異常な状況で水の氷を発見しました。ローレンスリバモア国立研究所の研究者たちは、この種の氷を実験室で再現しました。これらの月に見られる圧力、温度、応力、および粒径の条件を模倣する氷。この氷は、月の内部の温度に応じて、ゆっくりと這い回り、渦を巻くようになります。
レモネードを冷やすのに使用する毎日の氷は、研究者が太陽系の遠くにある氷の月の内部構造をよりよく理解するのに役立ちました。
研究チームは、実験室で、圧力、温度、応力、および粒子サイズの条件を、大規模な深部の内部のそれらを模倣して作成することにより、氷の高圧形態で新しい種類の「クリープ」またはフローを実証しました氷の衛星。
氷の高圧相は、太陽系の外側にある巨大な氷の月、ジュピターのガニメデとカリスト、土星のタイタン、海王星のトリトンの主要な構成要素です。トリトンはおおよそ私たちの月のサイズです。他の3つの巨人の直径は約1.5倍です。受け入れられた理論によれば、約45億年前、ほとんどの氷の月は太陽の周りの塵の雲（太陽系星雲）から「汚れた雪玉」として凝縮されていました。この付加プロセスと、岩石部分の放射性崩壊によって、月は内部的に暖められました。
氷の月の内部での氷の対流（熱い一杯のコーヒーの渦のように）は、その後の進化と現在の構造を制御していました。氷が弱ければ弱いほど、対流は効率的になり、内部は冷えます。逆に、氷が強いほど内部は暖かくなり、液体の内部海のようなものが出現する可能性が高くなります。
新しい研究は、氷の高圧相の1つ（「氷II」）で、結晶の「結晶」または「粒子」サイズによって影響を受けるクリープメカニズムを明らかにします。この発見は、以前考えられていたよりも月の氷層が著しく弱いことを意味します。 Ice IIは、約2,000気圧の圧力で最初に現れます。これは、最大の氷の巨人で約70 kmの深さに相当します。氷II層の厚さは約100 kmです。氷の巨大な月の中心の圧力レベルは、最終的には2万から4万の地球大気に相当します。
日本の九州大学ローレンスリバモア国立研究所（LLNL）と米国地質調査所の研究者は、LLNLの実験地球物理学研究所で低温試験装置を使用してクリープ実験を行いました。その後、極低温走査型電子顕微鏡を使用して、氷IIの粒径を観察および測定しました。そのグループは、より低い応力とより細かい粒度で流れを支配するクリープメカニズムを発見しました。より高い応力およびより大きな粒径での以前の実験は、粒径に依存しない流れメカニズムを活性化しました。
実験家たちは、新しいクリープメカニズムが実際に氷の粒子のサイズに関連していたことを証明することができました。これは、以前は理論的にしか検討されていなかったものです。
しかし、測定は簡単なことではありませんでした。まず、非常に細かい粒度（10マイクロメートル未満、または人間の髪の毛の1/10の厚さ）の氷IIを作成する必要がありました。結局、2,000気圧を超える圧力と2,000気圧未満の圧力を急速に循環させる手法がうまくいった。さらに、チームは試験装置内で非常に安定した2,000気圧の圧力を維持し、低応力変形実験を何週間も続けて実施しました。最後に、氷IIの粒子の輪郭を描き、それらを走査型電子顕微鏡で見えるようにするために、顕微鏡の氷IIとは異なる形の氷（「氷I」）で粒界をマーキングする方法を開発しました。 。境界が特定されると、チームはIce IIの粒度を測定できます。
「これらの新しい結果は、深い氷のマントルの粘度が以前考えていたよりもはるかに低いことを示しています」と、リバーモアのエネルギー環境局の地球物理学者であるウィリアムダーラムは述べました。
ダーラム氏は、2000気圧での試験装置の高品質な動作、九州大学の久保智昭氏とのコラボレーション、そして偶然の実験に向けられた深刻な技術的課題の克服に成功したと述べた。
新しい結果を使用して、研究者達は、穀物が最大センチメートルの大きさである場合、氷が氷の月の内部で粒度に敏感なクリープメカニズムによって変形する可能性が高いと結論付けています。
「この新たに発見されたクリープメカニズムは、太陽系の中の外惑星の中型および大型の衛星の熱進化と内部ダイナミクスについての私たちの考えを変えるでしょう」とダーラムは言った。 「これらの月の熱進化は、初期の太陽系で何が起こっていたかを説明するのに役立ちます。」
研究はジャーナルサイエンスの3月3日号に掲載されています。
1952年に設立されたローレンスリバモア国立研究所は、国家の安全を確保し、科学技術を現代の重要な問題に適用することを使命としています。ローレンスリバモア国立研究所は、米国エネルギー省の国家核安全保障局のためにカリフォルニア大学によって管理されています。
元のソース：LLNLニュースリリース
