Test af vandet:Analyse af forskellige faste vandtilstande på andre planeter og måner

Ligesom på jorden, vand på andre planeter, satellitter, og selv kometer kommer i en række forskellige former afhængigt af flere faktorer såsom tryk og temperatur. Bortset fra det gasformige, væske, og faste tilstande, vi er vant til, vand kan danne en anden type krystallinsk fast stof kaldet clathrathydrat. Selvom de ligner is, clathrathydrater har faktisk små vandbaserede bure, hvori mindre molekyler er fanget. Disse fangede "gæste"-molekyler er essentielle for at bevare den krystallinske struktur af clathrathydrater, som ellers ville "falde sammen" til almindelig is eller vand.

Clathrate-hydrater spiller en afgørende rolle i udviklingen af ​​en planets eller satellits atmosfære; flygtige gasser såsom metan lagres i disse krystaller og frigives langsomt over geologiske tidsskalaer. På grund af den enorme mængde tid, det tager for clathrathydrater at danne og dissociere ved kryogene temperaturer, det har vist sig meget vanskeligt at udføre eksperimenter på Jorden for at forudsige deres tilstedeværelse i andre himmellegemer.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i The Planetary Science Journal , et team af videnskabsmænd tacklede dette problem med en kombination af både teori og eksperimentelle data. Ledende videnskabsmand, Professor Hideki Tanaka fra Okayama University, Japan, forklarer:"I mange år, vi har udviklet en streng statistisk mekanikteori for at estimere og forudsige opførselen af ​​clathrathydrater. I denne særlige undersøgelse, vi fokuserede på at udvide denne teori til det kryogene temperaturområde - ned til 0 K-grænsen."

En bemærkelsesværdig udfordring var teoretisk at etablere betingelserne for dannelse og dissociation af clathrathydrater under termodynamisk ligevægt ved ekstremt lave temperaturer. Dette var nødvendigt for at bruge den berømte model for vand/hydrat/gæstesameksistens i clathrathydrater foreslået af van der Waals og Platteeuw i 1959. Tanaka, Yagasaki, og Matsumoto reviderede denne teori for at passe til de kryogene forhold, der ville blive fundet uden for Jorden, og bekræftede dens gyldighed baseret på termodynamiske data indsamlet af rumsonder.

Derefter, videnskabsmændene brugte denne nye teori til at analysere vandets tilstand på Saturns måne Titan, Jupiters måner Europa og Ganymedes, og Pluto. Ifølge deres model, der er en bemærkelsesværdig kontrast i de stabile former for vand, der findes på disse himmellegemer. Mens Europa og Ganymedes kun indeholder almindelig is i kontakt med den tynde atmosfære, alt vandet på Titans overflade, og muligvis Pluto, er i form af clathrathydrater. "Det er bemærkelsesværdigt, " siger Tanaka, "at én specifik vandtilstand udelukkende optræder i forskellige satellit- og planetoverflader afhængigt af temperatur og tryk. Især vandet i Titan ser ud til at være fuldstændig i form af metanholdige clathrathydrater helt op til overfladen fra toppen af ​​dets underjordiske hav."

Udvidelsen af ​​tilgængelig teori om clathrathydrater til kryogene temperaturer vil lade forskere bekræfte og revidere nuværende fortolkninger af stabile vandformer i det ydre rum og på himmellegemer. Denne information vil være afgørende for at forstå udviklingen af ​​planetariske atmosfærer, låse op for endnu en brik i puslespillet i vores søgen efter at forstå udviklingen af ​​vores planet og resten af ​​universet.