Інтер’єри двох газових гігантів - Юпітера та Сатурна - досить екстремальні місця. Зазвичай, коли ми думаємо про рідкий метал, ми думаємо про рідку ртуть при кімнатній температурі (або про повторний збір рідкого металу Т-1000, який зіграв Роберт Патрік у фільмі Термінатор 2), рідко ми вважаємо два найпоширеніші елементи у Всесвіті рідким металом у певних умовах. І все-таки на це стверджує команда фізиків з УК Берклі; гелій і водень можуть змішуватися разом, вимушені великим тиском біля ядер Юпітера та Сатурна, утворюючи рідкий металевий сплав, можливо, змінюючи наше уявлення про те, що лежить під цими бурями Джовіана ...
Зазвичай планетарні фізики та хіміки зосереджують більшу увагу на характеристиках найпоширенішого елемента у Всесвіті: водню. Дійсно, понад 90% і Юпітера, і Сатурна є воднем. Але всередині атмосфери цих газових гігантів не простий атом водню, це напрочуд складний діатомовий водень (тобто молекулярний водень, Н2). Отже, щоб зрозуміти динаміку та природу нутрощів наймасовіших планет нашої Сонячної системи, дослідники з УК Берклі та Лондона розглядають набагато простіший елемент; другий найпоширеніший газ у Всесвіті: гелій.
Реймонд Жанлос, професор UC Berkeley, та його команда розкрили цікаву характеристику гелію при надзвичайних тисках, які можуть бути виявлені поблизу ядер Юпітера та Сатурна. Гелій утворюватиме металевий рідкий сплав при змішуванні з воднем. Такий стан речовини вважався рідкісним, але ці нові результати дозволяють припустити, що сплави гелію рідких металів можуть бути більш поширеними, ніж ми вважали раніше.
“Це прорив щодо нашого розуміння матеріалів, і це важливо, тому що для розуміння довгострокової еволюції планет нам потрібно дізнатися більше про їх властивості. Знахідка цікава також з точки зору розуміння того, чому матеріали є такими, якими вони є, і що визначає їх стійкість та їх фізичні та хімічні властивості. " - Реймонд Жанлоз.
Наприклад, Юпітер чинить надзвичайний тиск на гази в його атмосфері. Завдяки великій масі можна очікувати тиску до 70 мільйонів атмосфер Землі (ні, цього недостатньо для початку синтезу…), створюючи температуру ядра від 10 000 до 20 000 К (це в 2-4 рази гарячіше ніж Фотосфера Сонця!). Таким чином, гелій був обраний як елемент для вивчення в цих екстремальних умовах - газ, який становить 5-10% спостережуваної речовини Всесвіту.
Використовуючи квантову механіку для обчислення поведінки гелію при різних екстремальних тисках і температурах, дослідники виявили, що гелій перетвориться на рідкий метал при дуже високому тиску. Зазвичай гелій розглядається як безбарвний і прозорий газ. В умовах Земля-атмосфера це правда. Однак він перетворюється на зовсім іншу істоту в 70 мільйонах земних атмосфер. Замість того, щоб бути ізолюючим газом, він перетворюється на провідну рідку металеву речовину, більше як ртуть, "лише менш відбиваюча", - додав Жанлоз.
Цей результат стає несподіванкою, оскільки завжди вважалося, що масовий тиск ускладнює такі елементи, як водень та гелій, як металеподібні. Це пояснюється тим, що високі температури в таких місцях, як ядро Юпітера, викликають посилення коливань в атомах, тим самим відхиляючи шляхи електронів, які намагаються протікати в матеріалі. Якщо немає потоку електронів, матеріал стає ізолятором і його не можна назвати «металом».
Однак ці нові висновки дозволяють припустити, що атомні коливання під типом тиску насправді мають протиінтуїтивний ефект створення нових шляхів для протікання електронів. Раптом рідкий гелій стає провідним, це означає, що це метал.
В іншому повороті вважається, що рідкий метал гелію міг легко змішатися з воднем. Планетна фізика говорить нам, що це неможливо, водень і гелій розділяються, як нафта і вода всередині газових гігантських тіл. Але команда Жанлоза виявила, що два елементи можуть насправді змішуватися, створюючи рідкий металевий сплав. Якщо це так, потрібно серйозно переосмислити планетарну еволюцію.
І Юпітер, і Сатурн вивільняють більше енергії, ніж Сонце, що означає, що обидві планети виробляють власну енергію. Прийнятим механізмом цього є конденсація крапель гелію, які падають з верхньої атмосфери планети та до ядра, вивільняючи гравітаційний потенціал, коли гелій падає як «дощ». Однак якщо це дослідження доведено, внутрішність газового гіганта, ймовірно, буде набагато гомогеннішою, ніж вважалося раніше, тобто крапель гелію не може бути.
Отже, наступне завдання для Жанлоса та його команди - знайти альтернативне джерело живлення, що виробляє тепло в ядрах Юпітера та Сатурна (тому ще не переписуйте підручники ще зовсім ...)
Джерело: UC Berkeley
