Dünyanın dış çekirdeğindeki aşırı stresli koşullar laboratuvarda yeniden yaratıldı.

Dünya yüzeyinin binlerce kilometre altında, aşırı basınç ve sıcaklıklar altında, gezegenin çekirdeği bulunabilir. Demir ve nikelin sıvı halde olduğu dış çekirdeğin içinde yüzeysel olarak dönen katı bir nikel-demir küreden oluşan bir iç çekirdek vardır.

Bu dış çekirdeğin koşulları şimdi, Fransa’daki Lille Üniversitesi’nden fizikçi Sebastian Merkel liderliğindeki bir ekip tarafından laboratuvarda yeniden yaratıldı – öyle ki bilim adamları demirin yapısal deformasyonunu gözlemleyebildiler.

Bunun yalnızca gezegenimizi anlamak için etkileri olmakla kalmaz, aynı zamanda uzayda demir parçaları çarpıştığında ne olduğunu daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.

“Tamamen kendi içimizde önemli koşullar yaratmadık” Fizikçi Arianna Gleeson şunları söyledi: ABD Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndan. Ama gerçekten harika olan gezegenin dış çekirdeğinin koşullarını başardık.”

Normal Dünya koşullarında, demirin kristal yapısı A’dır. küp kafes. Atomlar, her küpün köşesinde atomlar ve merkezde bir tane olacak şekilde bir ızgarada düzenlenmiştir. Demir aşırı yüksek basınçlar altında sıkıştırıldığında, bu kafes şekil değiştirir ve deforme olur. altıgen yapı. Bu, aynı hacimde daha fazla atomun paketlenmesini sağlar.

Ancak, Dünya’nın çekirdeğindekiler gibi daha yüksek basınç ve sıcaklıklarda bile neler olduğunu söylemek zor. Bununla birlikte, son yıllarda lazer teknolojisi, laboratuvar ortamlarında küçük numunelerin beyaz cüce yıldızlarda bulunan basınç ve sıcaklıklar gibi aşırı koşullara maruz kalabileceği noktaya geldi.

SLAC’daki ekip iki lazer kullandı. Birincisi, mikroskobik bir demir numunesi çeken ve ona aşırı basınç ve ısı oluşturan bir şok uygulayan optik bir lazerdir.

Dünyanın dış çekirdeğinin basınçları 135 ila 330 gigapaskal (1,3 ila 3,3 milyon atmosfer) ve 4,000 ila 5,000 K (3727 ila 4727 °C veya 6,740 ila 8,540 °F) arasında değişir.Basınç ve sıcaklık 4070 K’ye kadardır. .

Sonraki kısım ve muhtemelen en zoru, bu işlem sırasında demirin atomik yapısını ölçmekti. Bu amaçla ekip, lazer ışığını ateşlerken numuneyi inceleyen X-ışını içermeyen Linac Coherent Light Source (LCLS) lazeri kullandı.

“Saniyenin milyarda birinde ölçüm yapabildik” dedi Gleeson. “Bu nanosaniyelerde atomları oldukları yerde dondurmak gerçekten heyecan verici.”

Bir dizi halinde gruplandırılmış elde edilen görüntüler, demirin bu koşulların neden olduğu ek strese ikizleme yoluyla tepki verdiğini ortaya çıkardı. Bu, kristal kafes o kadar kompakt hale geldiğinde meydana gelir ki, bazı kafes noktaları simetrik bir şekilde çoklu kristaller tarafından paylaşılır.

(S. Merkel / Lille Üniversitesi, Fransa)

Dış dünya çekirdek koşullarındaki demir için bu, atomik düzenlemenin altıgenler yaklaşık 90 derece dönecek şekilde itildiği anlamına gelir. Araştırmacılar, bu mekanizmanın metalin uçlara direnmesine izin verdiğini söyledi.

“Eşleştirme, demirin çok daha uzun zaman ölçeklerinde plastik olarak akmaya başlamadan önce inanılmaz derecede güçlü – başlangıçta düşündüğümüzden daha güçlü – olmasını sağlıyor.” dedi Gleeson.

Artık demirin bu koşullar altında nasıl davrandığını bildiğimize göre, bu bilgiler modellere ve simülasyonlara dahil edilebilir. Bunun, örneğin uzay çarpışmasını anlama şeklimiz üzerinde önemli etkileri vardır. Dünyanın çekirdeği bir gezegenin içinde düzenli bir şekilde uzanıyor, ancak o kadar metalik asteroitler var ki, oluşumlarını bozan gezegenlerin açıkta kalan çıplak çekirdekleri olduğunu düşünüyoruz.

Bu nesneler, içlerindeki demir yapıyı bozabilecek diğer nesnelerle çarpışabilir. Şimdi bunun nasıl olduğu hakkında daha iyi bir fikrimiz var. Ve elbette, artık gezegenimiz hakkında daha çok şey biliyoruz.

“Bu ölçümleri yapmak için bir yol geliştirdiğimiz için gelecek parlak” dedi Gleeson.

“Artık, deformasyon mekanizmalarının bazı gerçekten temel fiziksel modelleri için bir onay ve onay verebiliriz. Bu, malzemelerin aşırı koşullarda nasıl tepki verdiğini modellemek için sahip olmadığımız tahmin gücünün bir kısmını oluşturmaya yardımcı olur.”

Arama yayınlandı fiziksel inceleme mesajları.