شبیه‌سازی دما و فشار هسته زمین در آزمایشگاه!

درک ما از هسته سیارات به طور عمده بر مطالعات تجربی فلزات در دما و فشار با شدتی کمتر نسبت به شرایط واقعی متکی است. اما در مطالعات جدید دانشمندان آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده اسلک(SLAC) موفق به بازسازی دما و فشار اعماق زمین در آزمایشگاه شدند.

کد خبر: ۱۲۶۳۵۴۵

تاریخ: ۲۵ آبان ۱۴۰۰ - ۱۰:۰۲

به گزارش خبرگزاری دانا و به نقل از تک‌اکسپلوریست، دانشمندان آزمایشگاه اسلک اتم‌های آهن را تحت دما و فشار بالا قرار دادند و تغییر شکل آن را مشاهده کردند. اتم‌های آهن به شکل مکعب‌های نانومقیاس قرار دارند به صورتی که یک اتم در هر گوشه و یک اتم در مرکز قرار دارد. با وارد شدن فشار بالا به این مکعب‌ها ساختار آن‌ها تغییر می‌کند و تبدیل به بلورهای شش ضلعی می شوند. این ساختار اتم‌ها را محکم‌تر در کنار هم قرار می‌دهد.

دانشمندان می‌خواستند بدانند که اگر ساختار شش ضلعی اتم‌های آهن تحت فشار بیشتری قرار بگیرد، مشابه آن چه که در خارج از هسته درونی زمین یا هنگام فرود به جو رخ می‌دهد، چه اتفاقی می‌افتد.

"آریانا گلیسون"(Arianna Gleason) از نویسندگان این مقاله و دانشمند اسلک می‌گوید: ما قادر به بازسازی شرایط هسته درونی زمین نبودیم اما توانستیم شرایط هسته بیرونی را بازسازی کنیم که کاری قابل توجه است.

تاکنون هیچ‌کس واکنش آهن در برابر چنین فشار و دمای بالایی را مشاهده نکرده بود. با ادامه فشار از سمت ما آهن برای از بین بردن این فشار به دنبال کارآمدترین مکانیسم بود.

آهن از مکانیسمی به نام "دوقلویی" استفاده کرد تا با فشار وارده مقابله کند. این مکانیسم آرایش اتم‌ها را به سمت طرفین هدایت می‌کند و تمامی بلورهای شش ضلعی را حدود ۹۰ درجه می‌چرخاند.

گلیسون می‌گوید: "دوقلویی" باعث مستحکم‌تر شدن آهن می‌شود پیش از آن که تغییر شکل دهد و به شکل موم‌سان جریان پیدا کند.

محققان از دو نوع لیزر برای رسیدن به این شرایط شدید دمایی و فشاری استفاده کردند. اولین نوع لیزر نوری بود که یک موج ضربه‌ای تولید می‌کرد و نمونه آهن را تحت فشار و دمای بالا قرار می‌داد. مورد دوم لیزر الکترون آزاد اشعه ایکس با منبع نور منسجم بود که امکان نظارت آهن در سطح اتمی را فراهم می‌کرد.

"سباستین مرکل"(Sébastien Merkel)، نویسنده اصلی مقاله از دانشگاه لیل در فرانسه می‌گوید:‌ آزمایشگاه اسلک تنها تاسیساتی بود که می‌توانست چنین کاری انجام دهد. این آزمایشگاه دریچه‌ای به سوی ساخت تاسیسات مشابه در جهان است.

دانشمندان هر دو لیزر را به نمونه کوچکی از آهن با قطری تقریبا مشابه یک تار موی انسان تاباندند و همزمان با استفاده از لیزر اشعه ایکس آن را مشاهده کردند.

"گلیسون" می‌گوید: ما توانستیم در یک میلیاردم ثانیه اندازه‌گیری انجام دهیم. انجماد اتم‌ها در نانوثانیه کار هیجان‌انگیزی است.

دانشمندان این تصاویر را جمع‌آوری کردند و آن‌ها را در کتابچه‌ای پویانما(Flip book) برای نشان دادن نحوه‌ی تغییر شکل آهن قرار دادند.

این مطالعه بینشی جالب در مورد ویژگی‌های ساختاری آهن در فشار و دمای بالا ارائه می‌دهد و همچنین به دانشمندان در آزمایش سایر مواد در شرایط شدید کمک می‌کند.