بتوقيت بيروت - 9/12/2025 9:03:21 AM - GMT (+2 )
تم إعادة نشر هذه القصة من EOS. اقرأ المقالة الأصلية.
تعد جزيئات الجليد المائية من بين أكثرها شيوعًا في الكون وتؤثر على الداخلية والخارجية للعديد من الأجسام الكوكبية في نظامنا الشمسي. الأنهار الجليدية شكل أجزاء من سطح الأرض ، و كوكب قزم بلوتو ، جنبا إلى جنب مع أقمار مثل أوروباو غانيميديو تيتان، و إنسيلادوس، لديك مناظر طبيعية كاملة مكونة من الجليد وحدها ، بما في ذلك الصخور والجبال وحتى البراكين.
في ظل الظروف ذات الضغط العالي أو منخفضة للغاية ، يشكل الجليد هياكل بلورية مختلفة عن تلك التي تحدث بشكل طبيعي على الأرض. سيوفر تحديد وقياس تلك الهياكل على عوالم مثل Ganymede بيانات فريدة من نوعها على التصميمات الداخلية لهذه الأجسام السماوية ، بنفس الطريقة التي تم بها دراسة صخور الوشاح إلى السطح على السطح أرض يكشف الجيولوجيا العميقة لكوكبنا.
في المختبر ، يمكن للباحثين قصف الجليد بالأشعة السينية أو النيوترونات لفهم هيكله. لكن مثل هذه الأدوات ليست عملية للطيران على المركبات الفضائية.
الآن ، تجارب جديدة أجراها كريستينا تونور وزملاؤها في Universität Innsbruck في النمسا يوضحون كيفية ذلك التمييز بين الهياكل الجليدية باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء. يمكن إجراء التحليلات ، التي نشرت في رسائل المراجعة المادية في وقت سابق من هذا الصيف ، باستخدام ملاحظات من تلسكوب جيمس ويب من جيمس ويب من ناسا (jwst) أو وكالة الفضاء الأوروبية عصير (كوكب المشتري جليدي أقمار المستكشف) المهمة حاليا في الطريق إلى كوكب المشتري.
وقالت تونور ، التي يجمع عملها بين مجال الكيمياء الفيزيائية وحبها للكواكب: “إن ICES التي نعدها في المختبر تحدث بشكل طبيعي فقط في الفضاء”. “أنا أيضًا مهتم حقًا بعلم الفلك ، وهذا ما قام بتوصيله بسقي الجليد.”
خلال دكتوراه Tonauer العمل في أوائل عام 2020 ، كان لا يزال يتعين إطلاق JWST ، لكن كان من الواضح أن المرصد بالأشعة تحت الحمراء سيفتح طرقًا لدراسة أقمار مغطاة بالجليد من الخارجي نظام الطاقة الشمسية. عندما تحطمت هي ومتعاونوها في الأدب ، أدركوا أن الكثير من العمل الطيفي على الجليد – البحث الذي سبق القفزات إلى حد كبير في الفهم المكتسب من Voyager و كاسيني البعثات – الأطوال الموجية بالأشعة تحت الحمراء (IR) أطول من تلك التي يمكن أن تقيسها JWST.
بدا الأمر مثمرًا لـ Tonauer وزملاؤها لدراسة طيف الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي الأقصر (القريب) المنبعث من الجليد في هذه العوالم البعيدة.
صانع الثلج ، صانع الجليد ، اجعلني بعض الجليداعتبارًا من عام 2025 ، تم تحديد 21 مرحلة مختلفة من الجليد في التجارب المعملية ، على الرغم من وجود شكل واحد فقط في ظل ظروف طبيعية على الأرض. هذا النموذج يسمى الجليد أناح (وضوحا “Ice One Aitch”) ، حيث يشير “H” إلى النمط السداسي الذي تأخذه ذرات الأكسجين في الجزيء عند عرضه من اتجاه واحد.
ومع ذلك ، فإن الظروف التي تسمح للباحثين بدراسة مراحل الجليد الأخرى في المختبر موجودة بشكل طبيعي على الكواكب والأقمار الأخرى ، وخلص العلماء إلى أن المراحل قد تكون موجودة هناك.
من المحتمل أن يكون لدى Ganymede والعوالم الأخرى في النظام الشمسي الخارجي شيئًا أقرب إلى ديناميات الولادة ، على سبيل المثال ، ولكن مع الجليد بدلاً من معادن السيليكات.
يمكن أن يكون سمك عباءة Ganymede 800 كيلومتر وتتألف من عدة أشكال من الجليد المعروفة فقط من التجارب المختبرية على الأرض. تم اختيار Tonauer ومتعاونوها ICE V. و الجليد الثالث عشر لدراستهم ، لأنها تتشكل تحت الضغوط العالية ودرجات الحرارة المنخفضة الموجودة داخل Ganymede وغيرها من الأقمار. هذه المراحل لها نفس الترتيب لذرات الأكسجين ، ولكن توجهات مختلفة من ذرات الهيدروجين: في الجليد V ، يتم تشويه الهيدروجين حوله ، في حين أن الهيدروجين في الجليد الثالث عشر.
يتطلب جعل هذه الأنواع من الجليد في المختبر ماءًا سائلًا للتبريد مع النيتروجين السائل تحت حوالي 5000 من الأجواء (500 ميغاباساس) من الضغط. طالما أن العينات تبقى باردة بعد تشكيلها ، أشار Tonauer ، فهي لا تتطلب ضغطًا كبيرًا للبقاء مستقرة لأن الذرات تتحرك ببطء شديد.
ومع ذلك ، فإن هذه الحركة البطيئة لا تزال تمتد الروابط بين الجزيئات ، وهو اهتزاز ينتج إشارات الأشعة تحت الحمراء. باستخدام التحليل الطيفي لتفسير الانبعاثات ، اكتشف Tonauer وزملاؤها أن هذه الإشارات مختلفة عن Ice V و Ice XIII. وفر هذا الاختلاف أول عرض تجريبي لاستخدام الأشعة تحت الحمراء لتمييز تكوينات الهيدروجين في مراحل مختلفة من الجليد. كما أبرز طريقة للتعرف عليها عن بعد.
استخدم الباحثون جهاز محاكاة JWST لإظهار أن بضع ساعات من الملاحظة ستكون كافية للتمييز بين هذه المراحل الجليدية على Ganymede.
رسم بياني يظهر المحيط تحت قشرة غانيميدي. (الصورة الائتمان: ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية ، و A. feild (STSCI)) نظرة خاطفة على الجليد العميقإن استقرار هذه المراحل الجليدية هو مفتاح فهم وجودها المحتمل على سطح Ganymede: المراحل تتطلب ضغطًا عاليًا استمارة، ولكن إذا تم إحضارها إلى سطح الضغط السفلي ، فيمكنهم الحفاظ على بنية البلورة الغريبة إلى أجل غير مسمى. وبهذه الطريقة ، فإن وجود ICE V أو XIII من شأنه أن يوفر تفاصيل حول الوشاح الجليدي الذي يمكن الوصول إليه.
أشارت المهام السابقة والحالية إلى نظام Jovian بوضوح غانيميدي الداخلية يحتوي على محيط ماء سائل محصور بين طبقات الجليد ، ولكن لم يتم التحقق من الهياكل البلورية ICES ، وكذلك كيف تتحرك الطبقات وتتطور ، من خلال البيانات التجريبية. وفقًا لنماذج من التصميمات الداخلية للقمر الجليدي ، يجب أن تنتج البيئة ذات الضغط العالي ICE V ، والتي قد تجلبها ظواهر مثل قوة المد والجزر من كوكب المشتري إلى السطح.
تُظهر تحليلات التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء الجديدة كيفية التمييز بين الجليد iحو Ice V و Ice XIII – ناهيك عن الجليد غير المتبلور ، الذي يفتقر إلى بنية بلورية واضحة – دون أن يعيد عينات إلى الأرض لتحليل المختبر (اقتراح باهظ الثمن). يمكن أن توفر هذه الطريقة طريقة ملحوظة للتحقق من أو دحض نماذج ديناميات الجليد الداخلية ، وشحذ صورتنا للهيكل الداخلي لجانيميدي ، وتساعدنا على فهم كيف تتصرف النكهات المختلفة للجليد والتفاعل مع بعضها البعض في بيئة طبيعية.
وقال “يمكننا الآن اكتشاف الاختلافات الهيكلية الدقيقة على الأقمار الجليدية دون الحاجة إلى عودة أو عينة”. انقر فوق القاسم، عالم الفيزياء الفلكية المختبرية في معهد الأبحاث الجنوبية الغربية في تكساس والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة.
أشار قاسم إلى أنه إذا كانت حبيبات هذه ICES صغيرة ومختلطة معًا ، فقد يكون من الصعب استخراج توقيع IR. كما أظهرت الأبحاث الحديثة الأخرى ، الجليد غير المتبلور في الفضاء من المحتمل أن يحتوي على أجزاء من الجليد البلوري انضم معًا في زوايا فردية ، مما قد يجعل تحديد الهوية أكثر صعوبة.
ومع ذلك ، فإن الطريقة الجديدة تبدو واعدة ويمكن أن تجيب على الأسئلة الحيوية حول الهيكل الداخلي للأقمار الجليدية.
وقال قاسم: “نحن نستثمر مليارات الدولارات في هذه المهام الفضائية المذهلة”. “إذا كنا نريد أن نفهم حقًا ما تخبرنا به البيانات عن هذه العوالم الجميلة الغامضة ، فمن الضروري للغاية إجراء تجارب معملية مثل تلك التي يتم إجراؤها هنا.”
إقرأ المزيد