Tisícky kilometrov pod povrchom Zeme, pod extrémnymi tlakmi a teplotami, možno nájsť jadro planéty. Vnútorné jadro pozostáva z pevnej nikel-železnej gule, ktorá sa nadbytočne otáča vo vnútri vonkajšieho jadra, kde sú železo a nikel tekuté.

Podmienky tohto vonkajšieho jadra boli teraz znovu vytvorené v laboratóriu tímom vedeným fyzikom Sebastianom Merkelom z univerzity v Lille vo Francúzsku – takým spôsobom, že vedci boli schopní pozorovať štrukturálnu deformáciu železa.

To má nielen dôsledky na pochopenie našej planéty, ale mohlo by nám to pomôcť lepšie pochopiť, čo sa stane, keď sa kúsky železa zrazia vo vesmíre.

„Nevytvorili sme podstatné podmienky úplne interne,“ Fyzik Arianna Gleeson povedala: Z národného laboratória urýchľovačov SLAC Ministerstva energetiky USA. „Dosiahli sme však podmienky vonkajšieho jadra planéty, čo je naozaj skvelé.“

Za normálnych podmienok na Zemi je kryštalická štruktúra železa A kockatá mriežka. Atómy sú usporiadané v mriežke, pričom atómy sú v rohu každej kocky a jeden v strede. Keď je železo stlačené pri extrémne vysokých tlakoch, táto mriežka zmení tvar a deformuje sa na a šesťuholníková štruktúra. To umožňuje, aby sa do rovnakého objemu priestoru vtesnalo viac atómov.

Ale je ťažké povedať, čo sa deje aj pri vyšších tlakoch a teplotách – ako sú tie v zemskom jadre. V posledných rokoch však laserová technológia pokročila do tej miery, že v laboratórnych prostrediach môžu byť malé vzorky vystavené extrémnym podmienkam, ako sú tlaky a teploty, ktoré sa vyskytujú v hviezdach bielych trpaslíkov.

Tím v SLAC nasadil dva lasery. Prvým je optický laser, ktorý vystrelí mikroskopickú vzorku železa a vystaví ju nárazu, ktorý vytvára extrémny tlak a teplo.

Tlaky vo vonkajšom jadre Zeme sa pohybujú od 135 do 330 gigapascalov (1,3 až 3,3 milióna atmosfér) a teploty medzi 4 000 a 5 000 K (3 727 až 4 727 °C alebo 6 740 až 8 540 °F). Tlak a teploty až 407 K .

Ďalšou časťou a pravdepodobne najťažšou bolo meranie atómovej štruktúry železa počas tohto procesu. Na tento účel tím použil laser Linac Coherent Light Source (LCLS) bez röntgenového žiarenia, ktorý skúmal vzorku pri vyžarovaní laserového svetla.

„Boli sme schopní vykonať meranie za miliardtinu sekundy,“ povedal Gleeson. „Zmrazenie atómov tam, kde sú v týchto nanosekundách, je naozaj vzrušujúce.“

Výsledné obrázky zoskupené do sekvencie odhalili, že železo reaguje na dodatočný stres spôsobený týmito stavmi dvojčatím. K tomu dochádza, keď sa kryštálová mriežka stane tak kompaktnou, že niektoré body mriežky sú zdieľané viacerými kryštálmi symetricky.

(S. Merkelová / Univerzita v Lille, Francúzsko)

Pre železo v podmienkach vonkajšieho jadra Zeme to znamená, že usporiadanie atómov je posunuté tak, že šesťuholníky sa otáčajú asi o 90 stupňov. Tento mechanizmus umožňuje kovu odolávať hrotom, uviedli vedci.

„Twinning umožňuje železu, aby bolo neuveriteľne silné – silnejšie, ako sme si pôvodne mysleli – predtým, než začne plasticky tiecť v oveľa dlhších časových intervaloch,“ povedal Gleeson.

Teraz, keď vieme, ako sa železo za týchto podmienok správa, možno tieto informácie začleniť do modelov a simulácií. To má dôležité dôsledky napríklad pre spôsob, akým chápeme kolíziu vo vesmíre. Zemské jadro leží úhľadne ďaleko v rámci planéty, ale sú tu asteroidy také kovové, že si myslíme, že sú to odhalené holé jadrá planét, ktoré narúšajú ich formovanie.

Tieto predmety môžu kolidovať s inými predmetmi, ktoré môžu zdeformovať železnú konštrukciu v nich. Teraz máme lepšiu predstavu o tom, ako sa to deje. A samozrejme, teraz vieme viac o našej planéte.

„Budúcnosť je teraz svetlá, keď sme vyvinuli spôsob, ako tieto merania vykonávať,“ povedal Gleeson.

„Teraz môžeme dať palec hore a palec hore za niektoré skutočne základné fyzikálne modely deformačných mechanizmov. Pomáha to vybudovať časť prediktívnej sily, ktorá nám chýba na modelovanie reakcie materiálov v extrémnych podmienkach.“

Pátranie bolo zverejnené v r správy o fyzickej kontrole.