Експерименти підтверджують можливість існування гелієвих дощів всередині Юпітера і Сатурна

Міжнародна дослідницька група підтвердила передбачення майже 40-річної давнини та експериментально показала, що гелієві дощі можливі всередині таких планет, як Юпітер і Сатурн.

Про це розповідають в Національній лабораторії Лоуренса Лівермора (LLNL), США.

Близько 40 років тому вчені вперше передбачили існування гелієвих дощів всередині планет, що складаються переважно з водню та гелію, таких як Юпітер та Сатурн. Однак досі неможливо було досягти експериментальних умов, необхідних для підтвердження цієї гіпотези.

У статті, опублікованій 26 травня в журналі Nature, вчені викладають експериментальні дані на підтримку цього давнього передбачення, показуючи, що гелієві дощі можливі в діапазонах тисків та температур, які відображають ті умови, які очікуються всередині цих планетах.

"Ми виявили, що гелієвий дощ є реальним і може відбуватися як на Юпітері, так і на Сатурні", - каже Маріус Міллот, фізик з LLNL та співавтор публікації. "Це важливо для того, щоб допомогти вченим-планетологам розшифрувати, як ці планети формувалися та еволюціонували, що має критичне значення для розуміння того, як формувалася Сонячна система ".

"Юпітер особливо цікавий тим, що, як вважається, він допоміг захистити регіон внутрішніх планет, де формувалася Земля", - додав Реймонд Жанлоз, співавтор і професор наук про Землю і планети та професор астрономії в Каліфорнійському університеті в Берклі. "Можливо, ми тут завдяки Юпітеру".

Міжнародна дослідницька група, до складу якої увійшли вчені з LLNL, Французької комісії з питань альтернативних джерел енергії та атомної енергії, Університету Рочестера та Каліфорнійського університету в Берклі, проводила свої експерименти в Лабораторії лазерної енергетики (LLE) Університету Рочестера.

"Поєднання статичного стискання та ударів, керованих лазером, має ключове значення у допомозі нам досягти умов, порівнянних із внутрішньою частиною Юпітера і Сатурна, але це дуже складно", - сказав Міллот. "Нам дійсно довелося попрацювати над цією технікою, щоб отримати переконливі докази. На це пішло багато років і багато творчого підходу зі сторони команди".

Команда використовувала діамантові ковадла для стиснення суміші водню та гелію до 4 гігапаскалів (ГПа; приблизно в 40000 разів більше земної атмосфери). Потім вчені використали 12 гігантських пучків омега-лазера LLE для запуску сильних ударних хвиль, щоб додатково стиснути зразок до кінцевого тиску 60-180 ГПа і нагріти його до декількох тисяч градусів. Аналогічний підхід став ключем до відкриття суперіонічного водного льоду.

За допомогою ряду надшвидких діагностичних інструментів команда виміряла швидкість ударної хвилі, оптичну відбивну здатність ударно-стиснутого зразка та його теплове випромінювання, встановивши, що відбивна здатність зразка не зростала плавно із збільшенням ударного тиску, як у більшості зразків, досліджених за допомогою подібних вимірювань. Натомість вони виявили розриви у спостережуваному сигналі відбивної здатності, які вказують на те, що електропровідність зразка різко змінюється - ознака розділення суміші гелію та водню. У статті, опублікованій у 2011 році, вчені LLNL Себастьян Хамель, Мігель Моралес та Ерік Швеглер запропонували використовувати зміни оптичної відбивної здатності у якості зонду для процесу деміксування.

"Наші експерименти показують експериментальні докази давнього передбачення. Існує цілий діапазон тисків і температур, при яких ця суміш стає нестійкою і деміксується", - сказав Міллот. "Цей перехід відбувається з тиском та температурними умовами, близькими до тих, які необхідні для перетворення водню в металеву рідину, і інтуїтивно зрозуміло, що металізація водню ініціює деміксування".

Чисельне моделювання цього процесу деміксування є складним завданням через витончені квантові ефекти. Ці експерименти є критично важливим еталоном для теорії та чисельних моделювань. У подальшому команда продовжить вдосконалювати вимірювання та поширювати його на інші композиції, прагнучи вдосконалити наше розуміння матеріалів в екстремальних умовах.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.