Prawie pięć miliardów lat temu uformowały się gigantyczne planety gazowe Jowisz i Saturn, najwyraźniej na radykalnie różne sposoby.
Tak twierdzi naukowiec z Los Alamos National Laboratory na Uniwersytecie Kalifornijskim, który stworzył wyczerpujące modele komputerowe oparte na eksperymentach, w których wodór z pierwiastkiem został wstrząśnięty ciśnieniami prawie tak dużymi, jak te znajdujące się wewnątrz dwóch planet.
We współpracy z francuskim kolegą Didier Saumon z Wydziału Fizyki Stosowanej w Los Alamos stworzył modele, w których ustalono, że ciężkie pierwiastki są skoncentrowane w masywnym jądrze Saturna, podczas gdy te same pierwiastki są mieszane w całym Jowiszu, przy bardzo niewielkim lub zerowym jądrze centralnym. Badanie, opublikowane w tym tygodniu w Astrophysical Journal, wykazało, że elementy ogniotrwałe, takie jak żelazo, krzem, węgiel, azot i tlen, koncentrują się w rdzeniu Saturna, ale są rozproszone w Jowiszu, co prowadzi do hipotezy, że powstały w wyniku różnych procesów.
Saumon zebrał dane z kilku ostatnich eksperymentów kompresji uderzeniowej, które pokazały, jak wodór zachowuje się pod ciśnieniem milion razy większym niż ciśnienie atmosferyczne, zbliżając się do tych obecnych w gazowych gigantach. Eksperymenty te - przeprowadzone w ciągu ostatnich kilku lat w krajowych laboratoriach USA i Rosji - po raz pierwszy pozwoliły na dokładne pomiary tak zwanego równania stanu prostych cieczy, takich jak wodór, w warunkach wysokiego ciśnienia i wysokiej gęstości królestwo, w którym zachodzi jonizacja deuteru, izotop wykonany z atomu wodoru z dodatkowym neutronem.
We współpracy z T. Guillotem z Observatoire de la Cote d’Azur we Francji Saumon opracował około 50 000 różnych modeli wewnętrznych struktur dwóch gigantycznych planet gazowych, które obejmowały każdą możliwą odmianę dozwoloną przez obserwacje astrofizyczne i eksperymenty laboratoryjne.
„Niektóre dane z wcześniejszych sond planetarnych dały nam pośrednie informacje o tym, co dzieje się w Saturnie i Jowiszu, a teraz mamy nadzieję dowiedzieć się więcej z misji Cassini, która właśnie przybyła na orbitę Saturna”, powiedział Saumon. „Wybraliśmy tylko modele komputerowe pasujące do obserwacji planet.”
Jowisz, Saturn i inne gigantyczne planety składają się z gazów, takich jak słońce: Ich masa wynosi około 70 procent masy wodoru, a reszta to głównie hel i niewielkie ilości cięższych pierwiastków. Dlatego ich struktury wewnętrzne były trudne do obliczenia, ponieważ równanie stanu wodoru przy wysokich ciśnieniach nie było dobrze zrozumiane.
Saumon i Guillot ograniczyli swoje modele komputerowe danymi z eksperymentów deuteru, zmniejszając w ten sposób wcześniejsze niepewności dotyczące równania stanu wodoru, który jest głównym składnikiem potrzebnym do ulepszenia modeli struktur planet i ich powstawania.
„Próbowaliśmy uwzględnić każdą możliwą odmianę, na jaką mogą pozwolić dane eksperymentalne dotyczące kompresji deuteru w wyniku uderzenia”, wyjaśnił Saumon.
Oszacowując całkowitą ilość ciężkich pierwiastków i ich rozmieszczenie w Jowiszu i Saturnie, modele zapewniają lepszy obraz tego, jak powstały planety w wyniku akrecji wodoru, helu i elementów stałych z mgławicy, która wirowała wokół Słońca miliardy lat temu .
„Panuje ogólna zgoda co do tego, że rdzenie Saturna i Jowisza są różne”, powiedział Saumon. „Nowością jest to, jak wyczerpujące są te modele. Udało nam się wyeliminować lub obliczyć wiele niepewności, więc mamy znacznie większe zaufanie do zakresu, w którym rzeczywiste dane mieszczą się dla wodoru, a zatem dla metali ogniotrwałych i innych pierwiastków.
„Chociaż nie możemy powiedzieć, że nasze modele są precyzyjne, wiemy dość dobrze, jak bardzo są nieprecyzyjne” - dodał.
Te wyniki z modeli pomogą w przeprowadzeniu pomiarów przez Cassini i przyszłych proponowanych międzyplanetarnych sond kosmicznych do Jowisza.
Los Alamos National Laboratory jest prowadzony przez University of California dla National Nuclear Security Administration (NNSA) Departamentu Energii USA i współpracuje z krajowymi laboratoriami Sandia i Lawrence Livermore NNSA w celu wspierania NNSA w jego misji.
Los Alamos opracowuje i stosuje naukę i technologię w celu zapewnienia bezpieczeństwa i niezawodności amerykańskiego odstraszacza nuklearnego; zmniejszyć zagrożenie bronią masowego rażenia, proliferacją i terroryzmem; i rozwiązywać problemy krajowe w dziedzinie obronności, energii, środowiska i infrastruktury.
Oryginalne źródło: Los Alamos News Release
