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    Expliquer les glaciers de méthane solide et d'azote sur Pluton

    Crédit :NASA

    La planétologue Dr. Helen Maynard-Casely et ses associés ont rapporté pour la première fois comment le méthane et l'azote solides se dilatent en réponse aux changements de température et ont résolu une ambiguïté historique concernant la structure de l'azote.

    L'étude a été inspirée par la mission New Horizons, qui lors de son survol de Pluton il y a cinq ans, découvert des glaciers de méthane solide et d'azote à la surface de la planète naine.

    Dans une recherche publiée dans la revue IUCrJ, ils ont également fourni des preuves de changements inattendus dans l'orientation des grains de méthane et d'azote solides lors du réchauffement, ce qui indiquait que les grains pourraient pousser.

    Pluton, qui est incliné à 120 degrés sur son axe, connaît des variations saisonnières de température de 24 à 54 Kelvin (-250 à -220 Celsius) au cours de son voyage de 248 ans autour du soleil.

    "Le fait que les molécules de méthane et d'azote puissent s'écouler à des températures aussi extrêmement basses est lié à la façon dont les molécules de méthane et d'azote sont disposées dans leurs structures cristallines, c'est pourquoi la cristallographie pourra peut-être répondre aux questions sur ces paysages insolites, " a déclaré Maynard-Casely.

    "Dans les saisons plus chaudes de Pluton, encore environ -220 C, les molécules de méthane et d'azote tournent librement dans les solides - les molécules ne sont pas très bien liées entre elles, " elle a dit.

    "Les études des propriétés mécaniques de ces matériaux à très basses températures sont vraiment difficiles, il manquait donc des informations utiles pour les conditions inhabituelles sur les corps planétaires externes. »

    Maynard-Casely, qui étudie les surfaces des planètes glacées extérieures et leurs lunes, recrée ces conditions à l'aide du diffractomètre à haute intensité Wombat et des fours cryogéniques. Elle a entrepris l'étude de dilatation thermique du méthane et de l'azote comme cela n'avait pas été fait auparavant.

    On pense que les changements dans la densité des deux molécules sont utiles pour expliquer la glaciologie de Pluton.

    Ce qui devait être une simple étude cristallographique de la dilatation thermique à une plage de températures a eu des résultats inattendus.

    "L'azote a en fait deux structures cristallines dans la gamme de températures observée sur Pluton, et j'ai été surpris que le modèle le plus accepté pour la forme alpha à basse température ne corresponde pas à nos données. Il s'est avéré que c'est un sujet qui n'a jamais été résolu depuis les années 1970, bien que le modèle le plus cité de la cellule unitaire soit le groupe d'espace P213 asymétrique à quatre molécules cubiques, " a déclaré Maynard-Casely.

    Les données ont été collectées sur Wombat sur un autre échantillon, puis cinq structures possibles différentes ont été testées à nouveau.

    "Les données correspondent au groupe d'espace Pa3̅, dans lequel le centre de la molécule est à l'origine de la structure cristalline. C'est important parce que le groupe d'espace affecte les propriétés physiques."

    Dans le modèle alternatif, les atomes d'azote sont décalés par rapport à l'origine.

    "Une structure du groupe spatial P213 pourrait être pyroélectrique, ce qui signifie qu'il pourrait y avoir une libération d'énergie lorsque vous le chauffez. Cela serait pertinent pour la glaciologie mais les données de Wombat suggèrent que ce n'est pas le cas, " a déclaré Maynard-Casely.

    "L'histoire de l'azote est vraiment intéressante parce que les molécules ont la capacité de se refroidir en une structure ordonnée, qui est la phase d'azote alpha et à ce stade il y a une grosse chute de volume, " a expliqué Maynard-Casely.

    "Alors qu'à une température un peu plus élevée, environ 44 Kelvin, les molécules d'azote tournent librement dans un état plastique."

    La phase I du méthane est également décrite comme une phase plastique, dans lequel la nature à faible interaction des molécules et la liberté d'orientation étaient censées conférer une douceur mécanique.

    La recherche a été motivée par les images saisissantes de la surface de Pluton capturées par la mission New Horizons il y a cinq ans, qui dépeint d'imposantes montagnes glacées entourées d'un terrain plus bas avec des caractéristiques apparentes.

    "Fini la pensée que Pluton est un monde mort. New Horizons a recueilli des preuves que la planète naine a été géologiquement active tout au long de sa vie de 4 milliards d'années."

    "Il était également intéressant de voir à quel point la structure liée à l'hydrogène est faible, l'eau, étendu sur la même plage de température, " a déclaré Maynard-Casely.

    "Vous voyez l'eau comme une ligne presque droite dans le graphique de données, alors que le méthane et l'azote ont une expansion significative lors de l'augmentation des températures, " elle a dit.


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