Эксперименты подтверждают возможность существования гелиевых дождей внутри Юпитера и Сатурна

Международная исследовательская группа подтвердила предсказания почти 40-летней давности и экспериментально показала, что гелиевые дожди возможны внутри таких планет, как Юпитер и Сатурн.

Об этом рассказывают в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL), США.

Около 40 лет назад ученые впервые предсказали существование гелиевых дождей внутри планет, состоящих преимущественно из водорода и гелия, таких как Юпитер и Сатурн. Однако до сих пор невозможно было достичь экспериментальных условий, необходимых для подтверждения этой гипотезы.

В статье, опубликованной 26 мая в журнале Nature, ученые выкладывают экспериментальные данные в поддержку этого древнего предсказания, показывая, что гелиевые дожди возможны в диапазонах давлений и температур, отражающих те условия, которые ожидаются внутри этих планетах.

"Мы обнаружили, что гелиевый дождь является реальным и может происходить как на Юпитере, так и на Сатурне", - говорит Мариус Миллот, физик из LLNL и соавтор публикации. "Это важно для того, чтобы помочь ученым-планетологам расшифровать, как эти планеты формировались и эволюционировали, что имеет критическое значение для понимания того, как формировалась Солнечная система ".

"Юпитер особенно интересен тем, что, как считается, он помог защитить регион внутренних планет, где формировалась Земля", - добавил Реймонд Жанлоз, соавтор и профессор наук о Земле и планетах и профессор астрономии в Калифорнийском университете в Беркли. "Возможно, мы здесь благодаря Юпитеру".

Международная исследовательская группа, в состав которой вошли ученые из LLNL, Французской комиссии по вопросам альтернативных источников энергии и атомной энергии, Университета Рочестера и Калифорнийского университета в Беркли, проводила свои эксперименты в Лаборатории лазерной энергетики (LLE) Университета Рочестера.

"Сочетание статического сжатия и ударов, управляемых лазером, имеет ключевое значение для помощи достижения нами условий, сопоставимых с внутренней частью Юпитера и Сатурна, но это очень сложно", - сказал Миллот. "Нам действительно пришлось поработать над этой техникой, чтобы получить убедительные доказательства. На это ушло много лет и много творческого подхода со стороны команды".

Команда использовала алмазные наковальни для сжатия смеси водорода и гелия до 4 гигапаскалей (ГПа; примерно в 40000 раз больше земной атмосферы). Затем ученые использовали 12 гигантских пучков омега-лазера LLE для запуска сильных ударных волн, чтобы дополнительно сжать образец до конечного давления 60-180 ГПа и нагреть его до нескольких тысяч градусов. Аналогичный подход стал ключом к открытию суперионичного водного льда.

С помощью ряда сверхбыстрых диагностических инструментов команда измерила скорость ударной волны, оптическую отражательную способность ударно-сжатого образца и его тепловое излучение, установив, что отражательная способность образца не росла плавно с увеличением ударного давления, как в большинстве образцов, исследованных с помощью подобных измерений. Вместо этого они обнаружили разрывы в наблюдаемом сигнале отражательной способности, которые указывают на то, что электропроводность образца резко меняется — признак разделения смеси гелия и водорода. В статье, опубликованной в 2011 году, ученые LLNL Себастьян Хамель, Мигель Моралес и Эрик Швеглер предложили использовать изменения оптической отражательной способности в качестве зонда для процесса демиксирования.

"Наши эксперименты показывают экспериментальные доказательства древнего предсказания. Существует целый диапазон давлений и температур, при которых эта смесь становится неустойчивой и демиксируется", - сказал Миллот. "Этот переход происходит с давлением и температурными условиями, близкими к тем, которые необходимы для превращения водорода в металлическую жидкость, и интуитивно понятно, что металлизация водорода инициирует демиксирование".

Численное моделирование этого процесса демиксирования является сложной задачей из-за изящных квантовых эффектов. Эти эксперименты является критически важным эталоном для теории и численных моделирований. В дальнейшем команда продолжит совершенствовать измерения и распространять его на другие композиции, стремясь усовершенствовать наше понимание материалов в экстремальных условиях.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.