Fransa Alternatif Enerjiler ve Atom Enerjisi Komisyonu (CEA) bünyesinde çalışan araştırmacılar, Güneş Sistemi’nin buz devi sayılan Uranüs ve Neptün’ün iç katmanlarında var olduğu düşünülen süperiyonik buz fazını laboratuvar ortamında yeniden üretti. Physical Review Letters dergisinde bugün yayımlanan çalışma, NASA’nın Voyager 2 aracının 1980’lerin sonunda kaydettiği tuhaf manyetik alan verilerinin neden kaynaklandığını ilk kez somut bir mekanizmayla açıklıyor.
Çalışmanın sonucu, gezegen fiziği modellerinin baştan gözden geçirileceği ve yeni nesil Uranüs–Neptün görevlerinin rotasının yeniden çizileceği anlamına geliyor. Aynı zamanda Güneş Sistemi dışında tespit edilen benzer kütleli ötegezegenlerin iç yapısına ilişkin teoriler de bu veriyle birlikte güncellenecek.
Süperiyonik buz nedir ve neden önemli?
Süperiyonik buz, suyun katı, sıvı ve gaz hallerinin dışında tanımlanan dördüncü fazı olarak kabul ediliyor. Bu evrede oksijen atomları sabit bir altıgen kristal kafes oluştururken hidrojen çekirdekleri yani protonlar aynı kafesin içinde bir sıvıymış gibi akmaya başlıyor.
Ortaya çıkan yapı, aynı anda hem katı hem sıvı özellik gösteriyor. Dünya yüzeyindeki koşullarda doğal olarak oluşmayan bu faz, ancak 1,6 milyon atmosferi aşan basınç ve 1527 santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıklarda kararlı kalabiliyor.
Laboratuvarda nasıl üretildi?
Araştırmacılar, oda sıcaklığındaki saf su örneklerini iki elmas örs arasına yerleştirip 12 mikronluk bir alana sıkıştırdı. Lazerle ısıtılan örnek, çeliği eritebilecek seviyeye ulaşan sıcaklık ve devasa basınç altında birkaç saniyeliğine süperiyonik faza geçirildi.
Bu süreçte yapılan elektriksel ölçümler, hidrojen protonlarının kafes içindeki hareketinin ölçülebilir bir akım oluşturduğunu doğruladı. Elde edilen değerler, daha önce yalnızca teorik modellerde öngörülen eşik değerlerle örtüştü.
Voyager 2’nin 1980’lerdeki tuhaf verisinin çözümü
NASA’nın Voyager 2 uzay aracı, 1986’da Uranüs’ün ve 1989’da Neptün’ün yakınından geçerken iki gezegene ait eğik ve gezegen merkezine tam hizalanmamış manyetik alanlar kaydetmişti. Dünya ve Jüpiter’de manyetik alanın erimiş metal çekirdeğin dönüşüyle açıklanmasına karşın buz devlerinde aynı mekanizma yıllardır tutarlı bir açıklama sunamıyordu.
Yeni çalışma, Uranüs ve Neptün’ün yüzeyinin hemen altında bulunan süperiyonik buz katmanındaki protonların bu gezegenlerde devasa elektrik akımları oluşturduğunu ortaya koyuyor. İşte 1980’lerde Voyager 2’nin ölçtüğü sıra dışı manyetik alanın kaynağı büyük ölçüde bu mekanizma.
Bilim dünyası için üç kritik çıkarım
- Buz devi gezegenlerin iç yapı modelleri süperiyonik fazı temel alacak şekilde güncellenecek.
- Güneş Sistemi dışındaki ötegezegenlerin manyetik alan tahminleri yeni deneysel eşik değerlerine göre yeniden kalibre edilecek.
- Önümüzdeki yıllarda Uranüs ve Neptün’e planlanacak yeni nesil uzay aracı görevlerinin bilim hedefleri bu faza göre yeniden tanımlanacak.
Yeni çalışmanın sınırları neler?
Deneyde ulaşılan koşullar birkaç nanosaniye ile sınırlı kaldığı için süperiyonik fazın uzun süreli davranışı hâlâ doğrudan gözlemlenemiyor. Araştırmacılar, lazer atım süresini uzatan ve daha büyük örnek hacmi ölçen yeni düzeneklerle fazın kararlılığını test etmeyi planlıyor.
Ayrıca buz devi iç yapılarında süperiyonik buzun hangi derinliklerde baskın olduğu sorusu önceki teorik modellere göre yeniden hesaplanacak. Bu da gezegenlerin manyetik eksen eğikliğinin nedenlerine ilişkin tartışmaları yeniden alevlendirecek.
Sıradaki adım: yeni uzay görevlerine yön verecek veri
Çalışmanın açıklanmasıyla birlikte gezegen bilimciler, Uranüs ve Neptün’e gönderilecek olası yörünge araçlarının manyetometre ve iç yapı sondajı hedeflerini bu deneysel eşik değerlerine göre yeniden tasarlayacak. Süperiyonik buz artık buz devi modellerinin temel parametrelerinden biri olarak kabul ediliyor.
Yorum Yapın