Οι επιστήμονες γνωρίζουν πολύ λίγα για τον πυρήνα από τηγμένο σίδηρο που βρίσκεται στο κέντρο του πλανήτη μας, και όσα έχουν ανακαλύψει οφείλονται σε παρατηρήσεις κυρίως από τον τρόπο με τον οποίο διαδίδονται τα σεισμικά κύματα μέσα από τη μάζα του. Ο λόγος προφανής: η πίεση στην «καρδιά» της Γης είναι 3,5 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική, ενώ, σύμφωνα με τις εκτιμήσεις τους, η θερμοκρασία εκεί φτάνει τους 5.500 °C, περίπου όσο και στην επιφάνεια του Ηλιου. Συνθήκες που εξηγούν γιατί είναι αδύνατον να γίνουν ποτέ απευθείας μετρήσεις στον πυρήνα της Γης.
Ακραίες θερμοκρασίες
Σύντομα ωστόσο, σε μία αναβαθμισμένη διάταξη στις Ευρωπαϊκές Εγκαταστάσεις Ακτινοβολίας Σύγχροτρον (ESRF), στη γαλλική πόλη Γκρενόμπλ, θα ξεκινήσει ένα πείραμα που θα εξερευνήσει έστω και «εικονικά» το κέντρο του πλανήτη. Η πειραματική διάταξη, που ονομάζεται «ID24» και εγκαινιάσθηκε πριν από λίγες ημέρες, θα εξετάσει πώς συμπεριφέρεται η ύλη σε ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις, παρόμοιες με αυτές που επικρατούν σε βάθος περίπου 2.500 χιλιομέτρων.
Η «ID24» αποτελεί ουσιαστικά εξάρτημα στο σύγχροτρον των εγκαταστάσεων, δηλαδή στον κυκλικό επιταχυντή με περίμετρο 840 μέτρων, στον οποίο κινούνται στοιχειώδη σωματίδια (κυρίως ηλεκτρόνια), με σκοπό να παράγουν ακτίνες Χ.
Ποια υλικά θα μελετήσουν
Τα υλικά που θα μελετηθούν θα είναι ο σίδηρος και τα υπόλοιπα μέταλλα που, σε μικρότερο ποσοστό, υπάρχουν στον γήινο πυρήνα. Οι ποσότητές τους σε κάθε ανάλυση δεν θα είναι μεγαλύτερες από μερικούς κόκκους και οι επιστήμονες θα χρησιμοποιούν τις μικροσκοπικές πρέσες της «ID24», με άκμονες από διαμάντι, για να συμπιέζουν τα δείγματα ώστε αυτά να υποβάλλονται σε πιέσεις κατά εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από αυτήν που επικρατεί στην επιφάνεια του πλανήτη. Στη συνέχεια, πανίσχυρα λέιζερ θα αναλαμβάνουν να πυρακτώσουν τα υλικά, θερμαίνοντάς τα σε θερμοκρασίες έως και 10.000 °C.
Με τα μέταλλα σε αυτή την κατάσταση, η διάταξη θα βομβαρδίζει τα δείγματα με ακτίνες Χ από το σύγχροτρον και, βάσει της απορρόφησης των ακτίνων Χ από τα επιμέρους στοιχεία στα δείγματα, θα μπορεί να αποτυπώνει την πλήρη δομή τους σε ατομική κλίμακα. Από τις σχετικές πληροφορίες, θα μπορεί να προσδιορισθεί όχι μόνο η συγκέντρωση των στοιχείων, αλλά ακόμη και ο τρόπος με τον οποίο κινούνται αυτά μεταξύ τους, ώστε οι επιστήμονες να αποκτήσουν μία λεπτομερή εικόνα για τη συμπεριφορά τους. Βέβαια, σε κάθε πείραμα τα υλικά θα μπορούν να παραμείνουν σε αυτές τις ακραίες συνθήκες για πολύ λίγο, όχι περισσότερο από μερικά εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου.
Ωστόσο, ακόμη και σε αυτό το εξαιρετικά μικρό χρονικό διάστημα, η «ID24» θα καταφέρνει να συγκεντρώνει τα απαραίτητα δεδομένα, χάρις στους ανιχνευτές της που θα μπορούν να καταγράφουν δεκάδες εκατομμύρια μετρήσεις ανά δευτερόλεπτο.
Αυτές οι αναλύσεις θα δώσουν την ευκαιρία στους γεωλόγους να διαπιστώσουν κατά πόσο ο ρευστός πυρήνας της Γης αντιδρά χημικά με τα πετρώματα του μανδύα που τον περιβάλλει. Επίσης, θα τους βοηθήσουν να προσδιορίσουν τις θερμοκρασίες τήξης των υπόλοιπων μετάλλων, που μαζί με τον σίδηρο καταλαμβάνουν την «καρδιά» του πλανήτη. Ετσι, θα μπορέσουν να αναπτύξουν καλύτερα μοντέλα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο η κίνηση αυτών των ρευστών λειτουργεί σαν δυναμό, προκαλώντας το γήινο μαγνητικό πεδίο. Αλλά και να καταλάβουν γιατί το μαγνητικό πεδίο μεταβάλλεται με τον χρόνο, αλλάζοντας μάλιστα φορά ανά μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια.
Και άλλοι πλανήτες
Αργότερα, οι επιστήμονες σχεδιάζουν να «εξερευνήσουν» με τον ίδιο τρόπο το εσωτερικό άλλων πλανητών από το ηλιακό μας σύστημα. Για παράδειγμα, ο βραχώδης πυρήνας του Δία περιβάλλεται από έναν εκτεταμένο μανδύα από υδρογόνο, το οποίο, λόγω της μεγάλης πίεσης, έχει αποκτήσει ιδιότητες μετάλλου.
Το μεταλλικό υδρογόνο είναι αγώγιμο και, καθώς περιστρέφεται δημιουργώντας ηλεκτρικά ρεύματα, παράγει ένα μαγνητικό πεδίο που έχει δεκαπλάσια ένταση από αυτό της Γης. Παράλληλα, το μαγνητικό πεδίο του Δία παρουσιάζει ιδιαιτερότητες που το διαφοροποιούν από αυτό του πλανήτη μας και οι οποίες ακόμη δεν έχουν εξηγηθεί με κάθε λεπτομέρεια.
Λεπτομερειακή ανάλυση από το «ID24»
Οι υπεύθυνοι των Ευρωπαϊκών Εγκαταστάσεων Ακτινοβολίας Σύγχροτρον (ESRF) έχουν ήδη ολοκληρώσει τις πρώτες δοκιμές της διάταξης, αξιοποιώντας ακτίνες Χ που έχουν παραχθεί από τον κυκλικό επιταχυντή. Οι πρώτες αναλύσεις υλικών σε συνθήκες παρόμοιες με το κέντρο της Γης αναμένεται να ξεκινήσουν τον Μάιο του 2012, όταν θα έχει ολοκληρωθεί ο έλεγχος της λειτουργίας της «ID24». Το πλεονέκτημά της σε σχέση με αντίστοιχα μηχανήματα που υπάρχουν σε άλλους επιταχυντές στον κόσμο, είναι ότι μπορεί να εξετάζει έως και 1.000 φορές μικρότερες ποσότητες υλικών, κάτι που κατ’ αρχάς σημαίνει ότι μπορεί πιο εύκολα να υποβάλει τα δείγματά της στις εξαιρετικά υψηλές πιέσεις και τις θερμοκρασίες που απαιτούνται για τις μελέτες που πραγματοποιεί.
Στην πραγματικότητα, η «ID24» είναι η πρώτη από τις οκτώ ανάλογες διατάξεις που θα αναβαθμιστούν στις ESRF, μία εργασία που αναμένεται να κοστίσει 180 εκατομμύρια ευρώ. Πέρα, πάντως, από τις θεωρητικές έρευνες, οι υπεύθυνοι των εγκαταστάσεων υποστηρίζουν ότι ο βελτιωμένος πειραματικός εξοπλισμός ανοίγει νέους δρόμους στην εξέταση υλικών για πολλές εφαρμογές και προϊόντα. Ετσι, καθώς η «ID24» έχει τη δυνατότητα να καταγράφει εκατομμύρια μετρήσεις ανά δευτερόλεπτο, θα χρησιμοποιηθεί επίσης για τη μελέτη χημικών αντιδράσεων που εξελίσσονται πολύ γρήγορα - οι επιστήμονες ελπίζουν πως με αυτό τον τρόπο θα καταφέρουν να βρουν καινούργια συστατικά για μπαταρίες, οι οποίες θα φορτίζονται πιο γρήγορα και θα έχουν μεγαλύτερη αυτονομία.
(από την εφημερίδα "Καθημερινή")