Öğrenci liderliğindeki çalışma, dünya dışı patlamaların sıcak ve soğuk olabileceğini ortaya koyuyor

Vezüv Yanardağı, Krakatoa, St. Helens Dağı: Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce Dünya’nın oluşumundan bu yana, manto katmanındaki sıcak magmanın taşınması ve salınması tarihteki en ölümcül patlamalardan bazılarına yol açmıştır. Peki ya aynı patlamalar jeolojik bir özellik ve yakındaki kimyasal bileşikler çok soğuduğunda meydana gelirse?

Bu şok edici fenomeni doğrulayan şey, beşinci sınıf doktora öğrencisi Shaelyn Raposa ve NAU’dan yeni mezun olan Anna Engle’nin çalışmasının en önemli çalışmasıydı. yayınlandı geçen ay Jeofizik Araştırma Dergisi: Gezegenler.

Plüton’un buzlu buzullarında ve Satürn’ün en büyük ayı olan Titan’ın göllerinde bulunan malzemelere odaklanan araştırmacılar, ilk olarak Dünya’da gaz olarak bulunan bu bileşiklerin donma noktasının altındaki sıcaklıklarda nasıl davrandığını incelemek için yola çıktı.

Ancak Wettaw Astrofizik Malzeme Laboratuvarı’nın soğuk koşulları, kimyasal karışımları donmaya başladığında ciddi basınç artışlarına ve küçük patlamalara yol açtığında bir sürprizle karşılaştılar; araştırmacılar bu olayı “patlama” olarak adlandırdı.

Raposa, “Bu patlamalar, bir sodanın dondurucuda çok uzun süre bırakılmasının ardından benzer şekilde, bir karışımın soğutulması sırasında meydana gelir” dedi. “Ancak jeolojik patlama süreçleri söz konusu olduğunda bunları yanardağlar gibi bir şeyin ısınmasının bir sonucu olarak düşünürüz. Her iki durumda da sıcaklıktaki bir değişiklik basınçta bir değişikliğe neden olur ki bu mantıklıdır, ancak biz bunu yapmadık.” Karışımlarımız donduktan sonra basınçta bir artış görmeyi beklemiyoruz.”

Çalışmayı 2023 yılında tamamlayan Raposa ve Engle, tümü Plüton ve Titan’da sıvı halde bulunan bileşikler olan nitrojen, etan, karbon monoksit veya metandan farklı seviyelerde karışımlar hazırladı ve bunları alüminyum alaşımlı numune hücrelerine enjekte etti. Bu hücreler daha sonra bir helyum buzdolabında soğutuldu ve dış güneş sisteminin -300° sıcaklıklarını taklit eden iki nikrom ısıtıcı kullanılarak sıcaklıkları kontrol edildi.

Araştırmacılar daha sonra spektroskopiyi kullanarak, gazlı formlardan katı buzlara kadar her bileşik karışımında faz değişikliklerine yol açan kesin koşulları doğrulayabildiler. Bu çalışma, Dünya üzerindeki dünya dışı koşulları doğru bir şekilde kopyalamaya yönelik nadir bir çabaydı ve yalnızca NAU’daki benzersiz bir laboratuvar alanıyla mümkün oldu.

Raposa, “Yüzeyi incelemek için Plüton ve Titan gibi yerlere fiziksel görevler göndermek pahalıdır, bu nedenle bu malzemelerin laboratuvar ortamında nasıl davrandığını incelemek güzel” dedi. “Ancak zorluklar var, çünkü düşük sıcaklıklarda karışımları incelemek için tasarlanmış bizimkine benzer bir laboratuvar düzenine ihtiyacınız var. Bunların çoğu mevcut değil ve sonuç olarak, bu malzemelerin davranışlarını inceleyen çok az önceden araştırma yapılmış.”

Karışımlar donma noktalarında veya bunun altında olduğunda, katılaşan buzun altında sıkışıp kalan sıvı patlamaya ve şişmeye başladı; bu, gizli ısının salınmasını ve sınırlayıcı katının mukavemetini aşan bir basınç artışını temsil ediyordu.

Bu reaksiyon, Mars’taki buz veya çamur volkanizmasından Titan’ın yüzeyindeki keskin kenarlı çöküntülere kadar, güneş sistemimizi ve ötesini rahatsız eden sayısız patlayıcı gizemin cevabı olabilir.

Raposa, “Doğru koşullar altında, hem buzlu hem de kayalık dünyalarda soğumanın neden olduğu patlama olaylarını görebiliriz” dedi. “Laboratuvarda gördüklerimize benzer patlamalar, Sibirya’da bulunan patlama kraterleri ve belki de Jüpiter’in uydusu Europa ve Satürn’ün bir diğer uydusu Enceladus’ta tespit edilen gayzerler ve duman bulutları için alternatif açıklamalar sağlayabilir.”

Her ne kadar milyarlarca kilometre uzaktaki diğer gezegen cisimlerinde magma ve yorucu sıcaklık önemli faktörler olmasa da Raposa ve Engle’nin çalışması, bilim adamlarının keşiflerini rafa kaldırmak zorunda kalmayacağını garanti ediyor.

Sıcaklık ve basınç değişikliklerinin Dünya dışındaki bileşikleri nasıl etkilediğine ilişkin veriler, Plüton ve Titan gibi yerlerin doğru modellerinin oluşturulması açısından kritik öneme sahip olabilir ve sonuçta her astronomik nesneyi çevreleyen daha fazla keşif yapılmasına yol açabilir.

Bu çalışmanın termodinamiğe dair değerli içgörüleri sayesinde gökbilimciler, güneş sisteminin gürleyen kozmik devlerini karasal laboratuvarlarımıza getirmeye bir adım daha yaklaştılar.