Πριν από περίπου πέντε δισεκατομμύρια χρόνια, οι γιγαντιαίοι αέριοι πλανήτες Δία και Κρόνος σχηματίστηκαν, προφανώς με ριζικά διαφορετικούς τρόπους.
Λέει λοιπόν ένας επιστήμονας στο Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας που δημιούργησε εξαντλητικά μοντέλα υπολογιστών με βάση πειράματα στα οποία το στοιχείο υδρογόνο συγκλόνισε τις πιέσεις σχεδόν τόσο μεγάλες όσο αυτές που βρέθηκαν στους δύο πλανήτες.
Σε συνεργασία με έναν Γάλλο συνάδελφο, ο Didier Saumon του τμήματος Εφαρμοσμένης Φυσικής του Los Alamos δημιούργησε μοντέλα που αποδεικνύουν ότι τα βαριά στοιχεία συγκεντρώνονται στον τεράστιο πυρήνα του Κρόνου, ενώ τα ίδια στοιχεία αναμιγνύονται σε ολόκληρο τον Δία, με πολύ λίγο ή καθόλου κεντρικό πυρήνα. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Astrophysical Journal αυτής της εβδομάδας, έδειξε ότι τα πυρίμαχα στοιχεία όπως ο σίδηρος, το πυρίτιο, ο άνθρακας, το άζωτο και το οξυγόνο συγκεντρώνονται στον πυρήνα του Κρόνου, αλλά διαχέονται στον Δία, οδηγώντας σε μια υπόθεση ότι σχηματίστηκαν μέσω διαφορετικών διαδικασιών.
Η Saumon συγκέντρωσε δεδομένα από διάφορα πρόσφατα πειράματα συμπίεσης σοκ που έδειξαν πώς το υδρογόνο συμπεριφέρεται σε πιέσεις ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική πίεση, πλησιάζοντας εκείνα που υπάρχουν στους γίγαντες αερίου. Αυτά τα πειράματα - που πραγματοποιήθηκαν τα τελευταία χρόνια σε εθνικά εργαστήρια των ΗΠΑ και στη Ρωσία - έχουν επιτρέψει για πρώτη φορά ακριβείς μετρήσεις της λεγόμενης εξίσωσης της κατάστασης των απλών υγρών, όπως το υδρογόνο, εντός της υψηλής πίεσης και της υψηλής πυκνότητας σφαίρα όπου συμβαίνει ιονισμός για δευτέριο, το ισότοπο που κατασκευάζεται από άτομο υδρογόνου με ένα επιπλέον νετρόνιο.
Σε συνεργασία με τον T. Guillot του Observatoire de la Cote dAzur, Γαλλία, ο Saumon ανέπτυξε περίπου 50.000 διαφορετικά μοντέλα των εσωτερικών δομών των δύο γιγαντιαίων αερίων πλανητών που περιλάμβαναν κάθε πιθανή παραλλαγή που επιτρέπεται από αστροφυσικές παρατηρήσεις και εργαστηριακά πειράματα.
"Ορισμένα δεδομένα από προηγούμενους πλανητικούς ανιχνευτές μας έδωσαν έμμεσες πληροφορίες για το τι συμβαίνει μέσα στον Κρόνο και τον Δία, και τώρα ελπίζουμε να μάθουμε περισσότερα από την αποστολή Cassini που μόλις έφτασε στην τροχιά του Κρόνου", δήλωσε ο Saumon. "Επιλέξαμε μόνο τα μοντέλα υπολογιστών που ταιριάζουν στις πλανητικές παρατηρήσεις."
Ο Δίας, ο Κρόνος και οι άλλοι γιγαντιαίοι πλανήτες αποτελούνται από αέρια, όπως ο ήλιος: Είναι περίπου 70 τοις εκατό υδρογόνο κατά μάζα, με τα υπόλοιπα κυρίως ήλιο και μικρές ποσότητες βαρύτερων στοιχείων. Επομένως, οι εσωτερικές δομές τους ήταν δύσκολο να υπολογιστούν επειδή η εξίσωση της κατάστασης του υδρογόνου σε υψηλές πιέσεις δεν ήταν καλά κατανοητή.
Οι Saumon και Guillot περιόρισαν τα μοντέλα υπολογιστών τους με δεδομένα από τα πειράματα δευτερίου, μειώνοντας έτσι τις προηγούμενες αβεβαιότητες για την εξίσωση της κατάστασης του υδρογόνου, η οποία είναι το κεντρικό συστατικό που απαιτείται για τη βελτίωση μοντέλων των δομών των πλανητών και του πώς σχηματίστηκαν.
«Προσπαθήσαμε να συμπεριλάβουμε κάθε πιθανή παραλλαγή που μπορεί να επιτραπεί από τα πειραματικά δεδομένα σχετικά με τη συμπίεση σοκ του δευτερίου», εξήγησε ο Saumon.
Με την εκτίμηση της συνολικής ποσότητας των βαρέων στοιχείων και της κατανομής τους μέσα στον Δία και τον Κρόνο, τα μοντέλα παρέχουν μια καλύτερη εικόνα για το πώς σχηματίστηκαν οι πλανήτες μέσω της αύξησης υδρογόνου, ηλίου και στερεών στοιχείων από το νεφέλωμα που περιστράφηκαν γύρω από τον ήλιο δισεκατομμύρια χρόνια πριν .
«Υπήρξε γενική συμφωνία ότι οι πυρήνες του Κρόνου και του Δία είναι διαφορετικοί», είπε ο Saumon. «Αυτό που είναι νέο εδώ είναι πόσο εξαντλητικά είναι αυτά τα μοντέλα. Καταφέραμε να εξαλείψουμε ή να ποσοτικοποιήσουμε πολλές από τις αβεβαιότητες, επομένως έχουμε πολύ καλύτερη εμπιστοσύνη στο εύρος εντός του οποίου τα πραγματικά δεδομένα θα πέσουν για το υδρογόνο, και επομένως για τα πυρίμαχα μέταλλα και άλλα στοιχεία.
«Αν και δεν μπορούμε να πούμε ότι τα μοντέλα μας είναι ακριβή, γνωρίζουμε πολύ καλά πόσο ακριβή είναι αυτά», πρόσθεσε.
Αυτά τα αποτελέσματα από τα μοντέλα θα βοηθήσουν στην καθοδήγηση των μετρήσεων που θα γίνουν από τον Cassini και μελλοντικούς προτεινόμενους διαπλανητικούς διαστημικούς ανιχνευτές στον Δία.
Το Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos λειτουργεί από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια για την Εθνική Διοίκηση Πυρηνικής Ασφάλειας (NNSA) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ και συνεργάζεται με τα εθνικά εργαστήρια Sandia και Lawrence Livermore της NNSA για την υποστήριξη της NNSA στην αποστολή της.
Το Los Alamos αναπτύσσει και εφαρμόζει την επιστήμη και την τεχνολογία για να διασφαλίσει την ασφάλεια και την αξιοπιστία του πυρηνικού αποτρεπτικού στις ΗΠΑ. μείωση της απειλής των όπλων μαζικής καταστροφής, διάδοσης και τρομοκρατίας · και επίλυση εθνικών προβλημάτων στον τομέα της άμυνας, της ενέργειας, του περιβάλλοντος και των υποδομών.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων Los Alamos
