Майже п’ять мільярдів років тому гігантські газоподібні планети Юпітер та Сатурн утворилися, очевидно, кардинально різними способами.
Так вважає вчений з Національної лабораторії Каліфорнійського університету в Лос-Аламосі, який створив вичерпні комп'ютерні моделі, засновані на експериментах, в яких елемент водень був шокований під тиском майже настільки ж великим, як у тих, що виявлені у двох планетах.
Працюючи з французьким колегою, Дідьє Сомон з відділу прикладної фізики Лос-Аламоса створив моделі, що встановлюють, що важкі елементи зосереджені в масивному ядрі Сатурна, а ті ж елементи змішуються по всьому Юпітеру, з центральним ядром зовсім мало або взагалі немає. Дослідження, опубліковане в цьому тижневому журналі Astrophysical Journal, показало, що вогнетривкі елементи, такі як залізо, кремній, вуглець, азот і кисень, зосереджені в ядрі Сатурна, але розсіюються в Юпітері, що призводить до гіпотези, що вони утворювалися за допомогою різних процесів.
Saumon зібрав дані з декількох останніх експериментів по стисненню ударів, які показали, як водень поводиться під тиском в мільйон разів більшим, ніж атмосферний тиск, наближаючись до тих, хто присутній у газових гігантах. Ці експерименти, проведені за останні кілька років у національних лабораторіях США та в Росії, вперше дозволили точні вимірювання так званого рівняння стану простих рідин, таких як водень, у межах високого тиску та високої щільності царині, де відбувається іонізація дейтерію, ізотоп, виготовлений з атома водню з додатковим нейтроном.
Працюючи з Т. Гільо з Обсерваторії Лазурного берега Франції, Самон розробив близько 50 000 різних моделей внутрішніх структур двох гігантських газоподібних планет, які включали всі можливі варіації, дозволені астрофізичними спостереженнями та лабораторними експериментами.
"Деякі дані попередніх планетарних зондів давали нам непряму інформацію про те, що відбувається всередині Сатурна та Юпітера, і тепер ми сподіваємося дізнатись більше про місію Кассіні, що щойно прибула на орбіту Сатурна", - сказав Самон. "Ми вибрали лише комп'ютерні моделі, які відповідають планетарним спостереженням."
Юпітер, Сатурн та інші планети-гіганти складаються з газів, як сонце. Вони складають близько 70 відсотків водню по масі, решта переважно гелій і невелика кількість важчих елементів. Тому їх внутрішні структури було важко обчислити, оскільки рівняння стану водню при високому тиску було недостатньо зрозумілим.
Саумон і Гійот обмежували свої комп'ютерні моделі даними експериментів з дейтерієм, тим самим зменшуючи попередні невизначеності рівняння стану водню, який є центральним інгредієнтом, необхідним для вдосконалення моделей структур планет та способів їх формування.
"Ми намагалися включити всі можливі зміни, які можуть бути дозволені експериментальними даними щодо ударної компресії дейтерію", - пояснив Самон.
Оцінюючи загальну кількість важких елементів та їх розподіл всередині Юпітера та Сатурна, моделі дають кращу картину того, як планети утворюються завдяки накопиченню водню, гелію та твердих елементів із туманності, яка кружляла навколо Сонця мільярди років тому .
"Існує загальна згода, що сердечники Сатурна та Юпітера різні", - сказав Сомон. «Що нового тут, наскільки вичерпними є ці моделі. Нам вдалося усунути чи кількісно оцінити багато невизначеностей, тому ми маємо набагато кращу впевненість у діапазоні, в якому фактичні дані потраплять за воднем, а отже, і за вогнетривкі метали та інші елементи.
"Хоча ми не можемо сказати, що наші моделі точні, ми добре знаємо, наскільки вони неточні", - додав він.
Ці результати на основі моделей допоможуть орієнтуватися на вимірювання Кассіні та запропоновані майбутніми міжпланетні космічні зонди Юпітеру.
Національною лабораторією Лос-Аламосу керує Каліфорнійський університет для Національної адміністрації ядерної безпеки (NNSA) Міністерства енергетики США та працює у партнерстві з національними лабораторіями Сандіа та Лоуренса Лівермора для підтримки ННСА в його місії.
Лос-Аламос розробляє та застосовує науку та технології для забезпечення безпеки та надійності ядерного стримувального засобу в США; зменшити загрозу зброї масового знищення, розповсюдження та тероризму; і вирішувати національні проблеми в галузі оборони, енергетики, навколишнього середовища та інфраструктури.
Оригінальне джерело: Новини Los Alamos
