Určitě vás následujícím tvrzením nepřekvapím. Každý totiž ví, že když položí na zapnutý sporák hrnec s vodou, brzy se začne voda vařit. Když ho naopak strčíte do mrazáku, voda zamrzne. Jenže co kdybych vám řekl, že existuje situace, kdy může voda zároveň dělat obojí? Tedy že se může vařit a přitom mrznout?
Asi byste si poklepali na čelo, že jsem se musel zbláznit, ale jak si dnes vysvětlíme, bylo by předčasné mě do blázince posílat. Náš nový vesmírný výzkum, na kterém jsem spolupracoval s Vojtou Patočkou z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy a několika zahraničními kolegy, totiž přesně tohle ukazuje!
Výprava za Georgem: Nízkotlaková komora pro simulaci vesmíru
Náš nápad byl přitom neobyčejně jednoduchý. Prostě jsme si koupili 40 × 40 × 40 cm akvárko pro rybičky a do něj nalili čtyřicet kilogramů vody, do které jsme nasypali špetku soli – chemicky čistá voda se totiž v přírodě v podstatě nevyskytuje.
Samozřejmě, že tohle samo o sobě nestačilo k tomu, aby voda začala dělat psí kusy. Potřebovali jsme ještě nízkotlakovou komoru. A jelikož žádnou takovou doma nemáme, musel jsem se s Vojtou vydat na britskou Open University, kde se nachází obří nízkotlaková komora přezdívaná George. V ní se dá snížit atmosférický tlak na hodnoty odpovídající planetě Mars nebo ledovým měsícům Europa či Enceladus.
Akvárko ve vesmíru: Voda vře i mrzne
Stačilo pak jen akvárko do komory umístit, zavřít ji a začít odčerpávat vzduch. Prakticky okamžitě jsme mohli skrze skleněné průzory sledovat, jak voda v akvárku začala „šílet“. I přesto, že měla voda jen 20 °C, záhy se začala vařit. Důvod byl jednoduchý – při nízkém tlaku není kapalná voda za takové teploty stabilní, a proto se mění v páru.
Jenže během vypařování se spotřebovává teplo – což je i důvod, proč nám pocení pomáhá ochlazovat tělo – kvůli čemuž se zbylá voda prudce ochlazuje. A to tak moc, že trvá jen pár desítek minut, než teplota při hladině klesne pod bod mrazu. Jakmile k tomu dojde, začne hladina zamrzat. Jen výrazně jinak, než jsme ze Země zvyklí.
Var pod ledem: Praskající vesmírná krusta
Pozorovali jsme, jak na hladině vznikala tenká ledová vrstva. Jenže s tím, jak se voda současně vařila, vznikaly v ní bublinky páry, které se snažily uniknout ven. Jenže v cestě jim stál led. Bublinky se tak pod ním hromadily a zvyšovaly tlak, kterým na něj tlačily. Led se kvůli tomu nadouval, zvedal a praskal.
S každým prasknutím přitom došlo k tomu, že byla voda znovu vystavena nízkému tlaku, takže se zase dala do překotného varu. Po čase jsme si sice všimli, že se vrstva ledu s narůstající tloušťkou stabilizuje a praská méně často, jenže tohle byl stále jen začátek.
Porézní led je jako mrazivý croissant
Pod ledovou vrstvou se totiž voda i nadále vařila. Vznikající vodní pára po chvíli dokázala ledovou krustu opět nadzvednout. Jenže tentokrát led nepraskl – prostě se vyzdvihl. Vznikla tak kapsa vyplněná vodní párou, která oddělovala led od vodní hladiny.
Jenže na spodku této kapsy voda dále zamrzala, čímž vznikala další vrstva ledu. A pak další. A další. Rozjel se tak proces, který dal vzniknout ledu připomínajícímu mnohem víc vnitřek upečeného croissantu než normální blok ledu.
Na měsících Europa a Enceladus můžou být obří ledové vrstvy
A protože je na povrchu měsíce Europa (měsíc Jupiteru) nebo Enceladu u Saturnu mnohem slabší gravitace než na Zemi, mohl by tam takový podivný porézní led dorůstat mnohem větší tloušťky. Zatímco my vytvořili led silný několik desítek centimetrů, na Europě by mohl mít několik metrů a na Enceladu dokonce desítky metrů.
Nebezpečí ve vesmíru: Skrytá past pro kosmické sondy
A právě tady začíná být náš experiment důležitý. Pokud by totiž některé části povrchu ledových měsíců tvořily vrstvy extrémně křehkého porézního ledu, mohl by to být velký problém pro budoucí kosmické sondy. Mohly by se skrz něj propadnout podobně jako člověk, který vstoupí na příliš tenký led nad rybníkem.
Měli bychom proto přemýšlet nad tím, jak takový zvláštní led odhalit ještě z oběžné dráhy. Pomoci by mohl radar, který by v načechraných vrstvách „viděl“ něco úplně jiného než v normálním pevném ledu.
Náš výzkum vesmíru tak ukázal, že bychom si při budoucím průzkumu ledových měsíců měli dávat skutečně velký pozor na to, kde se rozhodneme s našimi přístroji přistát.
