Güneş kadar sıcak buz üretildi!
Bu buz hem katı hem de sıvı, sıradan suya göre 60 kat daha yoğun ve güneşin yüzeyi kadar sıcak bir ısıda oluşuyor. Uranüs ve Neptün’ün sahip olduğu iç basınçları temel alarak gerçekleştirilen deneyler, bugüne dek varlığından şüphelendiğimiz bir bulguya ulaşmamızı sağladı.
Elizabeth Howell*
Bahsettiğimiz şey bir ‘süperiyonik buz’ ve ilk kez, bilim adamları tarafından laboratuvar koşullarında üretildi.
Bu yüksek basınçlı su-buzunun uzun zamandan beri Uranüs ve Neptün’ün iç kısımlarında var olduğu düşünülüyor. Ancak bugüne kadar, varlığı sadece bir teoriden ibaretti.
Kaliforniya’da bulunan Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda görevli olan araştırmanın başyazarı olan fizikçi Marius Millot laboratuvarında verdiği demeçte şunları söyledi: “Çalışmamız, süperiyonik buz hakkında deneysel kanıtlar sağlıyor ve bu tahminlerin simülasyonlardaki yapay nesnelerden kaynaklanmadığını, aslında bu koşullar altında suyun gösterdiği sıradışı davranışı ortaya koyuyor,” diyor.
OTUZ YILLIK BİR İDDİA GERÇEĞE DÖNÜŞTÜ
Bilim insanları ilk kez 30 yıl önce maddeyi hem katı hem de sıvı hale getiren garip bir su fazının varlığına ilişkin bir öngörüde bulunmuşlardı. Aynı zamanda sıradan suya kıyasla daha yoğun; zira, dev gezegenlerdeki koşullar gibi aşırı sıcaklık ve basınç altında oluşuyor. Süperiyonik faz esnasında, su moleküllerinin içindeki hidrojen ve oksijen tuhaf bir davranış gösterir; hidrojen iyonları, kristalden yapılma katı bir oksijen kafesinin içindeki sıvı gibi davranır.
Buz yapmak karmaşık bir süreçti. Araştırma grubu ilk olarak, sıradan buz küplerinde görülenden farklı bir kristal forma sahip olan aşırı-yoğun bir yapıdaki kübik kristal buzun içine su sıkıştırdı. Araştırmacılar bunu yapabilmek için, inç kare (6.452 cm²) başına 360 bin libre (2.5 gigapaskal [Gp]) basınç uygulamak için elmas örs hücrelerini kullandılar (bu basınç, Dünya’daki atmosfer basıncının yaklaşık 25 bin katıdır). Sonrasındaysa, araştırmacılar lazerle çalışan şoklar kullanarak, bu hücreleri daha fazla ısıttılar ve yoğunlaştırdılar. Her bir kristal buz yapısı, bu yüksek basıncın 100 katından daha fazla altı lazer atımına maruz kaldı.
Millot, “Suyu önceden sıkıştırmamız nedeniyle, şokla sıkıştırılmış ortamda, sıvı sudan daha az şok-sıkıştırma var,” diyor. Yeni yöntem, araştırmacıların “daha önceki şok-sıkıştırma çalışmalarından daha yüksek basınçta, çok daha soğuk bir ortama ulaşmalarına” olanak sağlıyor.
GÖZLEM SÜRESİ 10 NANOSANİYE
Süperiyonik buz hazırlandığında, araştırma ekibi optik ve termodinamik özelliklerini incelemek için hızlı bir şekilde hareket etti. Basınç dalgalarının sıkıştırmayı serbest bırakmasından ve suyun tekrar çözünmesinden önce, çalışmayı gerçekleştirmek için yalnızca 10 ilâ 20 nanosaniyeleri vardı. Ve tuhaf sonuçlara ulaştılar. Buzun, her bir inç kare (yaklaşık 6.5 cm²) başına 29 milyon pound (200 GPa) basınç altında, olağanüstü biçimde 8,540 derece Fahrenhaytta (4,725 santigrat derece) erimiş olduğunu tespit ettiler. Bu basınç, Dünya üzerinde bulunan atmosfer basıncının yaklaşık 2 milyon katına eşittir.
ABD Berkeley’de bulunan California Üniversitesi’nde gezegen fizikçisi ve araştırmanın ortak yazarı olan Raymond Jeanloz, kendi ifadesiyle, “Bu dondurulmuş su buzunun bu gezegenlerin içinde binlerce derece bulunması akıllara durgun verse de yapılan deneylerin ortaya koyduğu şey bu,” diyor.
Yeni bulgular, Uranüs ve Neptün gibi gezegenlerin iç kısımlarına ilişkin bir fikir sağlayabilir. Gezegen bilimciler, bu dünyaların iç kısımlarının kitlesel açıdan yüzde 65’e kadar su, bunun dışında biraz amonyak ve metandan oluştuğunu öne sürüyorlar.
GEZEGEN ANLAYIŞIMIZDA KÖKLÜ BİR DEĞİŞİM
Daha önce yapılan çalışmalarda, bu gezegenlerin iç kısımlarında “tamamen sıvı” ısı transferine sahip olabileceği iddia edilmişti; ancak süperiyonik buzun da eklenmesiyle artık görünüm değişti. Araştırmacılar, yeni araştırmalarında, önceki iddiaya karşı “nispeten ince bir sıvı tabakası ve süperiyonik buz tabakasından oluşan büyük bir ‘üst katman’ olduğunu” ifade ediyorlar.
Mini-dev gezegenlerin iç kısımlarına dair bu görünüm, Uranüs ve Neptün’de on yıl önce tespit edilen tuhaf manyetik alanların oluşumunu açıklamaya çalışan bir bilgisayar simülasyonunu da doğrulayacak. Uranüs’ün sahip olduğu manyetik alan, gezegenin eksenine göre 59 derecelik bir eğime sahip. Neptün’ün manyetik kutuplarıysa yaklaşık 47 derecelik bir eğime sahip. Bu eğimler, 11 derecelik bir eğime sahip olan Dünya ile kıyaslandığında oldukça fazla. (Bu gezegenlerin) Manyetik alanları da farklı davranabiliyor; örneğin, Uranüs’ün manyetik alanı bir flaşör gibi açılıp kapanabiliyor.
Bu gezegenlere ilişkin daha ayrıntılı çalışma için, bir uzay aracının gönderilmesini beklememiz gerekecek. Neyse ki, NASA önümüzdeki birkaç on yıl içinde bu gezegenleri mercek altına alacak bir Uranüs ve / veya Neptün uzay aracı göndermeyi öneriyor. Bu esnada, araştırmacılar Jüpiter veya Satürn gibi daha büyük dev gezegenlerin iç kısımlarındaki koşulları simüle etmek için, gerçekleştirdikleri sıkıştırma işlemlerini daha da zorlamayı planlıyorlar.
* Yazının aslı Live Science sitesinde yayınlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)