Pred skoraj petimi milijardami let sta se oblikovala velikanska plinasta planeta Jupiter in Saturn, očitno na radikalno različne načine.
Tako pravi znanstvenik iz kalifornijskega nacionalnega laboratorija v Los Alamosu, ki je ustvaril izčrpne računalniške modele na podlagi poskusov, v katerih je bil element vodik šokiran zaradi pritiskov, ki so skoraj tako veliki kot tisti, ki jih najdemo v obeh planetih.
Didier Saumon iz oddelka za uporabno fiziko Los Alamosa je s francoskim kolegom ustvaril modele, s katerimi je bilo ugotovljeno, da so težki elementi skoncentrirani v Saturnovem masivnem jedru, medtem ko se ti isti elementi mešajo po celotnem Jupiterju, z zelo malo ali sploh brez osrednjega jedra. Študija, objavljena v tedenskem Astrophysical Journal, je pokazala, da so ognjevzdržni elementi, kot so železo, silicij, ogljik, dušik in kisik, koncentrirani v Saturnovem jedru, razpršeni pa so v Jupitru, kar vodi v hipotezo, da so nastali skozi različne procese.
Saumon je zbral podatke iz številnih nedavnih poskusov stiskanja, ki so pokazali, kako se vodik obnaša pri milijonkrat večjem tlaku od atmosferskega tlaka in se približal tistim, ki so prisotni v plinskih orjakih. Ti poskusi - izvedeni v zadnjih nekaj letih v ameriških nacionalnih laboratorijih in v Rusiji - so prvič dovolili natančne meritve tako imenovane enačbe stanja preprostih tekočin, kot je vodik, znotraj visokotlačne in visoke gostote Področje, kjer pride do ionizacije za devterij, je izotop iz vodikovega atoma z dodatnim nevtronom.
V sodelovanju s T. Guillotom iz Observatoire de La Azurna obala v Franciji je Saumon razvil približno 50.000 različnih modelov notranjih struktur dveh velikanskih plinastih planetov, ki so vključevali vse možne variacije, ki jih dovoljujejo astrofizična opazovanja in laboratorijski poskusi.
"Nekateri podatki iz prejšnjih planetarnih sond so nam dali posredne podatke o tem, kaj se dogaja znotraj Saturna in Jupitra, zdaj pa se nadejamo, da bomo izvedeli več iz misije Cassini, ki je pravkar prispela v Saturnovo orbito," je dejal Saumon. "Izbrali smo samo računalniške modele, ki ustrezajo planetarnim opazovanjem."
Jupiter, Saturn in drugi velikanski planeti so sestavljeni iz plinov, kot sonce: Te so okoli 70 odstotkov vodika po masi, preostali del pa je helij in majhne količine težjih elementov. Zato je bilo njihove notranje zgradbe težko izračunati, ker vodikova enačba stanja pri visokih tlakih ni bila dobro razumljena.
Saumon in Guillot sta svoje računalniške modele omejila s podatki iz eksperimentov z devterijem in s tem zmanjšala prejšnje negotovosti glede enačbe stanja vodika, ki je osrednja sestavina, ki je potrebna za izboljšanje modelov struktur planetov in njihovega oblikovanja.
"Poskusili smo vključiti vse možne spremembe, ki bi jih lahko dovolili eksperimentalni podatki o šok stiskanju devterija," je pojasnil Saumon.
Z oceno skupne količine težkih elementov in njihove razporeditve znotraj Jupitra in Saturna modeli omogočajo boljšo sliko o tem, kako so se planeti oblikovali z akumulacijo vodika, helija in trdnih elementov iz meglice, ki se je vrtela okoli sonca pred milijardami let .
"Obstaja splošno soglasje, da sta jedra Saturna in Jupitra različni," je dejal Saumon. "Tukaj je novo, kako izčrpni so ti modeli. Mnogo negotovosti nam je uspelo odpraviti ali količinsko opredeliti, zato imamo veliko boljše zaupanje v obseg, v katerem bodo dejanski podatki padli za vodik in s tem za ognjevzdržne kovine in druge elemente.
"Čeprav ne moremo reči, da so naši modeli natančni, dobro vemo, kako natančni so," je dodal.
Ti rezultati iz modelov bodo pomagali voditi meritve, ki jih bo izvedel Cassini in bodoče medplanetarne vesoljske sonde Jupitru.
Nacionalni laboratorij Los Alamos upravlja Kalifornijska univerza za Nacionalno upravo za jedrsko varnost (NNSA) ameriškega ministrstva za energijo in sodeluje v sodelovanju z nacionalnimi laboratoriji Sandia in Lawrence Livermore v NNSA, da NNSA podpira njegovo misijo.
Los Alamos razvija in uporablja znanost in tehnologijo za zagotavljanje varnosti in zanesljivosti ameriškega jedrskega odvračanja; zmanjšati grožnjo orožja za množično uničevanje, širjenje in terorizem; in reševati nacionalne probleme na področju obrambe, energije, okolja in infrastrukture.
Izvirni vir: Los Alamos News Release
