تكبير / تمثيل فني لتجربة موجة الصدمة المياه ، وتستخدم لتشكيل الجليد السابع الغريب في المختبر ، على خلفية العالم المحيط الافتراضي. مختبر لورنس ليفرمور الوطني
قدمت Kurt Vonnegut في رواية Cat’s Cradle لعام 1963 العالم إلى ما يسمى “تسعة الجليد” ، وهو شكل خيالي من الماء الذي يتجمد في درجة حرارة الغرفة. إذا لمس الكثير من الماء العادي ، التي سوف تجمد ، أيضا ، وهلم جرا ، وانتشار بسرعة بحيث يجمد كل ما يتلامس معها.
لحسن الحظ بالنسبة للأرض ، Ice-Nine غير موجود. ولكن هناك شكل غريب من الجليد يطلق عليها اسم “الجليد السابع” التي يمكن للفيزيائيين خلق فيها المعمل. انها غير ضارة في الظروف الأرضية. لكن على عالم المحيط مثل قمر المشتري ، أوروبا ، يمكن أن يتصرف تماما مثل ثلج تسعة في ظل الظروف المناسبة ، وتجميد العالم بأسره في غضون ساعات – مع بعض الآثار الرئيسية لاحتمال العثور على الحياة على الكواكب الخارجية البعيدة. الآن نحن نعرف المزيد عن كيف تحدث عملية التجميد الخاصة هذه ، وفقًا لما تم أخيرًا ورقة في مراجعة خطابات المادية.
إنه الشكل الذي تشكله جزيئات الماء التي تحددها أي مرحلة من الجليد تحصل عليها. هذا الجليد في كوب من الويسكي الخاص بك iceIh من الناحية الفنية – “ح” لمسدس ، لأن هذا الشكل الذي تصطف فيه كل ذرات الأكسجين أثناء التجميد. لكن من الناحية النظرية ، يجب أن يكون هناك على الأقل 17 مرحلة بلورية مختلفة الماء – أي واحد تحصل عليه يعتمد على الضغط ودرجة الحرارة من أي بيئة معينة.
تحت الضغط
سوف يتحول Ice Ih إلى ice-II إذا تقدمت بطلب كافٍ الضغط ، مع ذرات الأكسجين مرتبة في شكل المعيني. استمر في زيادة الضغط وستحصل على Ice-III و ice-IV ، الجليد الخامس ، الجليد السادس وهلم جرا. شكل من أشكال الجليد هو من الناحية النظرية ممكن حتى في درجات حرارة عالية مجنون من مئات الدرجات مئوية ، شريطة أن يكون الضغط مرتفعًا بدرجة كافية.
تكبير / تم العثور على Ice-VII كامنة في الماس المستخرج من عباءة الأرض في وقت سابق من هذا العام. YouTube/ قناة العلوم
يتم ترتيب ذرات الأكسجين في Ice-VII في شكل مكعب ، شيء ما الذي يحدث فقط في الضغوط أكثر من 10000 مرة على سطح الأرض. تم إنشاؤه في المختبر عن طريق النقر على عينات رقيقة من المياه محصورة بين لوحات مع موجات صدمة عالية الكثافة أو نبضات الليزر. في عام 2017 ، تم القبض على علماء الفيزياء بجامعة ستانفورد تشكيل الجليد السابع (في ستة نانوثانية فقط) على الفيلم ل أول مرة.
وفي وقت سابق من هذا العام ، أبلغ العلم عن الاكتشاف المدهش التي تحدث بشكل طبيعي الجليد السابع الكامنة في الماس الملغومة من أعماق في عباءة الأرض. درجات الحرارة مرتفعة هناك ، وكذلك هو الضغط؛ هذه هي الطريقة التي تتشكل الماس في المقام الأول. هؤلاء يكونون ليست الظروف المثالية للثلج السابع ، لكنها لا تشكل في الواقع هناك. إذا حوصرت فقاعات الماء بالماس لأنها تتشكل (في) جيوب تسمى الادراج) ، أن الماء يتعرض للبرودة درجات الحرارة كما يتحرك تدريجيا إلى السطح ، في حين لا يزال التعرض لضغوط عالية.
هذه هي الطريقة التي يمكنك الحصول على جيوب من الجليد السابع محاصرين في الماس. “المياه في الماس غير معروفة ، ولكن العثور على هذا عالية جدا شكل ضغط الجليد المياه سليمة ، وكان ذلك محظوظا حقا ، ” وقال المؤلف المشارك جورج روسمان ، عالم المعادن في Caltech ، لوس لوس أنجلوس تايمز.
تكبير / محاكاة كمبيوتر توضح جزيئات الماء التي تتشكل Ice-VII.Lawrence Livermore National Laboratory
في هذه الورقة الأخيرة ، علماء الفيزياء في لورنس ليفرمور الوطنية مختبر (LLNL) قد ابتكر نموذج رياضي جديد ، على أساس فكرة النواة. Nucleation هو ما يحدث في غاية بداية عملية التجميد ، عندما تبدأ بعض جزيئات الماء لترتيب أنفسهم في بنية جزيئية صلبة. هذا أشكال بلورات الجليد الصغيرة. الحصول على الظروف الصحيحة فقط ، وتلك سوف تصبح البلورات أكبر وتتحد مع جيرانها ، ينتشر حتى يتم تجميد جميع المياه في عينة معينة.
“الجليد السابع من أشكال ظهرت في الوجود في صغيرة مجموعات من حوالي 100 جزيئات ومن ثم تنمو بسرعة كبيرة ، في أكثر من 1000 ميل في الساعة. ”
اتضح أنه حتى لو كان الضغط يبدو كافيًا عالية لتشكيل ice-VII ، إذا لم يكن أعلى من محدد للغاية العتبة ، سوف تنتشر nucleation الداخل نحو العينة مركز. عبر هذا الحد ، ومع ذلك ، تحصل على مرحلة سريعة الانتقال كما ينتشر nucleation في جميع أنحاء العينة بأكملها ، لذلك يتشكل الجليد وينتشر بسرعة كبيرة – سيناريو “Ice-Nine”. يجب أن تكون البلورة الجليدية الناشئة والمياه المحيطة بها درجات حرارة مختلفة لهذا معدل التجميد السريع تحدث.
“يوضح عملنا أن الجليد السابع يتشكل بطريقة غير عادية جدًا ظهرت إلى حيز الوجود في مجموعات صغيرة من حوالي 100 جزيء و ثم تنمو بسرعة كبيرة ، في أكثر من 1000 ميل لكل وقال جوناثان بيلوف مؤلف مشارك في الفيزياء Buzz.These قد يكون مجرد أنواع الظروف الموجودة على ما يسمى “عوالم المحيطات”: الأجسام التي ، مثل الأرض ، لديها وفرة من ماء. “المياه على عوالم المحيطات ، تحت قصف من الآخر الهيئات الكوكبية مثل النيازك أو المذنبات ، يخضع مكثفة التغييرات التي قد لا تنجو من الحياة “.
ستكون موجات الصدمة الناتجة عن تلك الانفجارات كافية ل ضغط أي ماء إلى الضغط العالي الصحيح فقط لجعله تجميد في الجليد السابع على أعماق كافية (عدة مئات من كم). وإذا كان ذلك الجليد ينتشر بسرعة إلى السطح ، فإنه يمكن تهجئة الموت لأي حياة على كوكب خارج المجموعة الشمسية قال. “هدفنا هو اكتشف أكبر قدر ممكن عن [ice-VII] حتى نتمكن من معرفة ذلك ما إذا كانت هذه الكواكب حقا يمكن أن تدعم الحياة ، وما هي الحدود من سكن قد يكون ، “يقول بيلوف.
DOI: رسائل المراجعة الفيزيائية ، 2018. 10.1103 / PhysRevLett.121.155701 (حول DOIs).
