Οι εσωτερικοί χώροι των δύο γιγάντων αερίου, ο Δίας και ο Κρόνος, είναι αρκετά ακραία μέρη. Συνήθως όταν σκεφτόμαστε ένα υγρό μέταλλο, έχουμε σκέψεις για τον υγρό υδράργυρο σε θερμοκρασία δωματίου (ή για την επανασυναρμολόγηση υγρού μετάλλου T-1000 που έπαιξε ο Robert Patrick στην ταινία Εξολοθρευτής 2σπάνια θεωρούμε ότι δύο από τα πιο άφθονα στοιχεία του Σύμπαντος είναι ένα υγρό μέταλλο σε ορισμένες συνθήκες. Και όμως, αυτό ισχυρίζεται μια ομάδα φυσικών από το UC Berkley. το ήλιο και το υδρογόνο μπορούν να αναμειχθούν μαζί, εξαναγκασμένα από τις τεράστιες πιέσεις κοντά στους πυρήνες του Δία και του Κρόνου, σχηματίζοντας ένα υγρό μεταλλικό κράμα, αλλάζοντας πιθανώς την αντίληψή μας για το τι βρίσκεται κάτω από αυτές τις καταιγίδες της Γιοβίας…
Συνήθως οι πλανητικοί φυσικοί και οι χημικοί εστιάζουν το μεγαλύτερο μέρος της προσοχής τους στα χαρακτηριστικά του πιο άφθονου στοιχείου στο Σύμπαν: το υδρογόνο. Πράγματι, πάνω από το 90% του Δία και του Κρόνου είναι επίσης υδρογόνο. Αλλά στην ατμόσφαιρα αυτού του γίγαντα αερίου δεν είναι το απλό άτομο υδρογόνου, είναι το εκπληκτικά πολύπλοκο διατομικό αέριο υδρογόνο (δηλαδή μοριακό υδρογόνο, H2). Έτσι, για να κατανοήσουμε τη δυναμική και τη φύση των εσωτερικών χώρων των πιο μαζικών πλανητών στο Ηλιακό μας Σύστημα, ερευνητές από το UC Berkley και το Λονδίνο εξετάζουν ένα πολύ απλούστερο στοιχείο. το δεύτερο πιο άφθονο αέριο στο Σύμπαν: ήλιο.
Ο Raymond Jeanloz, καθηγητής στο UC Berkeley, και η ομάδα του έχουν ανακαλύψει ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του ηλίου στις ακραίες πιέσεις που μπορούν να ασκηθούν κοντά στους πυρήνες του Δία και του Κρόνου. Το ήλιο θα σχηματίσει ένα μεταλλικό υγρό κράμα όταν αναμιγνύεται με υδρογόνο. Αυτή η κατάσταση της ύλης θεωρήθηκε σπάνια, αλλά αυτά τα νέα ευρήματα δείχνουν ότι τα κράματα υγρού μετάλλου ηλίου μπορεί να είναι πιο κοινά από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως.
“Αυτό είναι μια σημαντική ανακάλυψη όσον αφορά την κατανόηση των υλικών και αυτό είναι σημαντικό γιατί για να κατανοήσουμε τη μακροπρόθεσμη εξέλιξη των πλανητών, πρέπει να μάθουμε περισσότερα για τις ιδιότητές τους σε βάθος. Το εύρημα είναι επίσης ενδιαφέρον από την άποψη της κατανόησης γιατί τα υλικά είναι ο τρόπος που είναι και τι καθορίζει τη σταθερότητά τους και τις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες" - Ρέιμοντ Ζανλόζ.
Ο Δίας, για παράδειγμα, ασκεί τεράστια πίεση στα αέρια στην ατμόσφαιρά του. Λόγω της μεγάλης μάζας του, μπορεί κανείς να αναμένει πιέσεις έως και 70 εκατομμύρια ατμοσφαιρικές ατμόσφαιρες (όχι, αυτό δεν αρκεί για να ξεκινήσει η σύντηξη…), δημιουργώντας βασικές θερμοκρασίες μεταξύ 10.000 έως 20.000 Κ (που είναι 2-4 φορές θερμότερες από τις Η φωτοσφαίρια της Sun!). Έτσι, το ήλιο επιλέχθηκε ως το στοιχείο για μελέτη υπό αυτές τις ακραίες συνθήκες, ένα αέριο που αποτελεί το 5-10% της παρατηρήσιμης ύλης του Σύμπαντος.
Χρησιμοποιώντας την κβαντική μηχανική για τον υπολογισμό της συμπεριφοράς του ηλίου κάτω από διαφορετικές ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το ήλιο θα μετατραπεί σε υγρό μέταλλο σε πολύ υψηλή πίεση. Συνήθως, το ήλιο θεωρείται ως ένα άχρωμο και διαφανές αέριο. Σε συνθήκες γήινης ατμόσφαιρας, αυτό ισχύει. Ωστόσο, μετατρέπεται σε ένα εντελώς διαφορετικό πλάσμα σε 70 εκατομμύρια ατμόσφαιρες της Γης. Αντί να είναι μονωτικό αέριο, μετατρέπεται σε αγώγιμη υγρή μεταλλική ουσία, περισσότερο σαν υδράργυρος, "μόνο λιγότερο ανακλαστικά», Πρόσθεσε ο Jeanloz.
Αυτό το αποτέλεσμα έρχεται ως έκπληξη, καθώς πάντα πίστευαν ότι οι τεράστιες πιέσεις καθιστούν δυσκολότερο για στοιχεία όπως το υδρογόνο και το ήλιο να γίνουν σαν μέταλλα. Αυτό συμβαίνει επειδή οι υψηλές θερμοκρασίες σε περιοχές όπως ο πυρήνας του Δία προκαλούν αυξημένες δονήσεις στα άτομα, εκτρέποντας έτσι τις διαδρομές των ηλεκτρονίων που προσπαθούν να ρέουν στο υλικό. Εάν δεν υπάρχει ροή ηλεκτρονίων, το υλικό γίνεται μονωτής και δεν μπορεί να ονομαστεί «μέταλλο».
Ωστόσο, αυτά τα νέα ευρήματα υποδηλώνουν ότι οι ατομικές δονήσεις κάτω από τέτοιου είδους πιέσεις έχουν στην πραγματικότητα το αντίθετο-διαισθητικό αποτέλεσμα της δημιουργίας νέων διαδρομών για τη ροή των ηλεκτρονίων. Ξαφνικά το υγρό ήλιο γίνεται αγώγιμο, που σημαίνει ότι είναι μέταλλο.
Σε μια άλλη συστροφή, πιστεύεται ότι το υγρό μέταλλο ηλίου θα μπορούσε εύκολα να αναμιχθεί με υδρογόνο. Η πλανητική φυσική μας λέει ότι αυτό δεν είναι δυνατό, το υδρογόνο και το ήλιο διαχωρίζονται όπως το πετρέλαιο και το νερό μέσα στα γιγαντιαία σώματα αερίου. Αλλά η ομάδα του Jeanloz διαπίστωσε ότι τα δύο στοιχεία θα μπορούσαν να αναμιχθούν, δημιουργώντας ένα υγρό μεταλλικό κράμα. Εάν πρόκειται να συμβεί αυτό, πρέπει να γίνει κάποια σοβαρή επανεξέταση της πλανητικής εξέλιξης.
Τόσο ο Δίας όσο και ο Κρόνος απελευθερώνουν περισσότερη ενέργεια από ό, τι ο Ήλιος σημαίνει ότι και οι δύο πλανήτες παράγουν τη δική τους ενέργεια. Ο αποδεκτός μηχανισμός για αυτό είναι η συμπύκνωση σταγονιδίων ηλίου που πέφτουν από την ανώτερη ατμόσφαιρα των πλανητών και στον πυρήνα, απελευθερώνοντας το βαρυτικό δυναμικό καθώς το ήλιο πέφτει ως «βροχή». Ωστόσο, εάν αποδειχθεί αυτή η έρευνα, το εσωτερικό του γίγαντα αερίου είναι πιθανό να είναι πολύ πιο ομοιογενές από ό, τι πιστεύεται προηγουμένως ότι δεν μπορεί να υπάρχουν σταγονίδια ηλίου.
Επομένως, ο επόμενος στόχος για τον Jeanloz και την ομάδα του είναι να βρει μια εναλλακτική πηγή ενέργειας που παράγει θερμότητα στους πυρήνες του Δία και του Κρόνου (οπότε μην συνεχίσετε να γράφετε ξανά τα βιβλία…)
Πηγή: UC Berkeley
