دانشمندان با شلیک پرتابه های کوچک آلیاژ آهن-کربن از یک توپ با سرعت بالا، سرانجام نشان دادند که حالت عجیب نیمه جامد و نیمه مایع مانندی که تصور می شود در هسته داخلی زمین وجود دارد، واقعاً امکان پذیر است.
این حالت فوق یونی ماده به وضوح برخی از رفتارهای غیرعادی را در هسته توضیح می دهد، مانند روشی که امواج خاصی را کاهش می دهد و اندازه گیری هایی که نشان می دهد مانند کره نرم است تا سخت مانند فولاد سرد.
یوجون ژانگ فیزیکدان از دانشگاه سیچوان در چین می گوید: ما برای اولین بار به صورت تجربی نشان دادیم که یک آلیاژ آهن-کربن در شرایط هسته داخلی نرخ برش بسیار پایینی را نشان می دهد.
در این حالت، اتم‌های کربن بسیار متحرک می‌شوند و مانند بچه‌هایی که در یک رقص مربع می‌بافند، از طریق چارچوب آهنی کریستالی پخش می‌شوند، در حالی که خود آهن سفت و منظم باقی می‌ماند. [the] سختی آلیاژ.”
مطالب مرتبط: پس از 20 سال جستجو، دانشمندان سرانجام درونی ترین هسته واقعی زمین را پیدا کردند.
از دهه 1930، دیدگاه غالب از داخل زمین از مدل یک هسته بیرونی مایع، مذاب و یک هسته داخلی که در اثر فشار چنان له شده است که با وجود گرمای شدید غالب جامد باقی می ماند، پیروی می کند. با این حال، برخی شواهد از داده های لرزه ای به دست آمده در طول دهه ها نشان می دهد که ما تصویر کاملی را نمی بینیم.
درک ما از ساختار داخلی زمین از مشاهدات لرزه ای ناشی می شود. نحوه عبور امواج صوتی و انعکاس آنها توسط موادی با خواص مختلف، به ما درک نسبتاً دقیقی از معماری داخلی سیاره ما داده است. اما سرعت کم امواج برشی از طریق هسته به طور خاص نشان می دهد که اگر جامد باشد، آن طور که ما به آن عادت کرده ایم نیست.
در سال 2022، تیمی به رهبری ژئوفیزیکدان یو هی از آکادمی علوم چین به طور نظری نشان دادند که ابریونیسیته می تواند معما را حل کند. در حالی که فشار عظیم کل وزن زمین در هسته داخلی ترکیب می‌شود تا آهن را در یک ماتریکس جامد نگه دارد، گرمای شدید به اتم‌های سبک‌تر اجازه می‌دهد تا مانند یک مایع در اطراف جریان پیدا کرده و به رقص درآیند – یک حالت ابریونیک که هم جامد و هم مایع است.
شواهد تجربی به تازگی این احتمال را تایید کرده است. ژانگ، او و همکارانشان از تکنیکی به نام فشرده‌سازی ضربه‌ای دینامیکی برای خرد کردن قطعه کوچکی از آلیاژ آهن-کربن آنقدر سخت استفاده کردند که دقیقاً همان آلیاژی را که باید در هسته داخلی زمین رفتار می‌کرد، انجام داد.
https://www.youtube.com/watch?v=B4QGtVyIRHc frameborder=”0″ allow=”accelerometer; راه اندازی خودکار؛ کلیپ بورد-ضبط; رسانه رمزگذاری شده؛ ژیروسکوپ; عکس در تصویر; اشتراک گذاری وب” referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” allowfullscreen>آنها برای سرعت بخشیدن به نمونه‌های خود، از تفنگ‌های گازی سبک وزن دو مرحله‌ای استفاده کردند – دستگاه‌هایی با دقت بالا که به باروت بدون دود و گاز فشرده برای فرستادن ذرات ریز در سرعت‌های فوق‌العاده متکی هستند.
برای این آزمایش، پرتابه آهن-کربن با سرعت بیش از 7 کیلومتر (4.3 مایل) در ثانیه به یک هدف لیتیوم فلوراید بسیار قابل تراکم شلیک شد. این ضربه باعث ایجاد لگدی شد که نمونه را تا فشارهای تا 140 گیگا پاسکال و دمای نزدیک به 2600 کلوین (2327 درجه سانتیگراد یا 4220 درجه فارنهایت) فشرده کرد.
این به اندازه هسته داخلی که محدوده فشاری بین 330 تا 360 گیگا پاسکال دارد و دمای آن به 5000 تا 6000 کلوین می رسد نیست، اما به اندازه کافی بالاست که بتواند جنبه های کلیدی محیط هسته را بازتولید کند.
این شرایط شبیه‌سازی‌شده تنها از نانوثانیه تا میکروثانیه طول می‌کشد – اما این مدت برای بررسی دما، چگالی و انتشار امواج صوتی با استفاده از لیزر و حسگرهای سریع کافی است.
و مطمئناً، نتایج با سرعت موج برشی کم و اندازه‌گیری لغزش – انبساط و انقباض – که به عنوان نسبت پواسون در خوانش‌های لرزه‌ای از هسته داخلی زمین شناخته می‌شود، مطابقت دارد.
محققان نشان دادند که در این شرایط، ماتریس آهن مانند بتمن کاملاً در جای خود قفل می شود، در حالی که کربن مانند رابین در حال حرکت در بین شکاف ها جریان دارد.
خیلی شیک است این توضیح می‌دهد که چرا داده‌های لرزه‌ای به همان شکلی به نظر می‌رسند و – با داده‌های تجربی، نزدیک‌ترین چیزی که به خود هسته داخلی خواهیم رسید – بحث‌های طولانی‌مدت در مورد نحوه رفتار عناصر سبک تحت فشارهای شدید را حل می‌کند.
حتی ممکن است بینش جدیدی در مورد میدان مغناطیسی زمین ارائه دهد، ساختار وسیعی که از رقص رسانش و همرفت در اعماق سیاره به فضا پرتاب می شود.
ژانگ می گوید: «ما در حال دور شدن از یک مدل هسته داخلی ثابت و سفت و سخت به یک مدل پویا هستیم. “درک این حالت پنهان ماده، ما را یک قدم به کشف اسرار سیاره های سیاره مانند زمین نزدیک تر می کند.”
این مطالعه در منتشر شد بررسی ملی علوم.
