Новое исследование, выполненное аспиранткой Шаэлин Рапосой и выпускницей NAU Анной Энгл, позволяет по-новому взглянуть на явление, которое может объяснить некоторые из самых таинственных взрывов в далёкой Солнечной системе. Их труд, опубликованный в журнале Journal of Geophysical Research: Planets, сосредоточен на материалах, обнаруженных на ледяных покровах Плутона и озёрах Титана, самого крупного спутника Сатурна.
Первоначально учёные планировали изучить поведение газообразных соединений Земли при экстремально низких температурах. Однако они были удивлены, когда в Лаборатории астрофизических материалов Уэтто холод привёл к резкому повышению давления и неожиданным взрывам в процессе замерзания химических смесей. Такое явление исследователи назвали «вспышкой».
«Эти выбросы происходят при охлаждении, подобно тому, как в морозильнике разрывается газированная вода. Однако в случае геологических извержений мы связываем их с нагреванием, как в случае с вулканами. В обоих случаях температура влияет на давление, но мы не ожидали его увеличения при замерзании смесей», — пояснила Рапоса.
В ходе исследования, завершённого в 2023 году, Рапоса и Энгл создали смеси с различным содержанием азота, этана, оксида углерода и метана — соединений, которые в жидком состоянии присутствуют на Плутоне и Титане. Эти смеси поместили в специальные ячейки из алюминиевого сплава, которые охлаждались до -300° с использованием гелиевого охладителя и контролировались двумя нихромовыми нагревателями, симулируя условия внешней Солнечной системы.
С помощью спектроскопии исследователи смогли определить точные условия, при которых происходят фазовые изменения в смесях — от газообразного до твёрдого состояния. Это исследование стало одной из редких попыток воспроизведения внеземных условий в лабораторных условиях NAU.
«Отправка миссий на такие объекты, как Плутон и Титан, обходится дорого, поэтому изучение поведения этих материалов в лаборатории является ценной возможностью. Но это требует специфической установки, способной работать при низких температурах, что не так часто встречается, поэтому подобных исследований проведено немного», — отметила Рапоса.
При достижении смесями точки замерзания или температуры ниже неё, жидкость под затвердевающим льдом начала разрываться и расширяться, высвобождая тепловую энергию и давлениное воздействие, превышающее прочность твёрдого покрова.
Этот процесс может объяснить загадки, связанные с событиями как в пределах Солнечной системы, так и за её гранью: от ледяных вулканов на Марсе до впадин на Титане.
«При определённых условиях можно ожидать извержений, индуцированных замораживанием, как на ледяных, так и на каменистых телах. Подобные вспышки могут объяснять кратеры взрывов, наблюдаемые в Сибири, а также гейзеры и шлейфы, запечатлённые на Европе и Энцеладе», — добавила Рапоса.
Данные о влиянии изменений температуры и давления на внеземные соединения могут стать ключевыми для построения точных моделей таких объектов, как Плутон и Титан, что в перспективе откроет новые горизонты в астрономии. Благодаря знаниям, полученным в этом исследовании, учёные сделали ещё один шаг к изучению космических гигантов в лабораторных условиях.
Источник: iXBT
