Před téměř pěti miliardami let se vytvořily obrovské plynné planety Jupiter a Saturn, očividně radikálně odlišnými způsoby.
Takže říká vědec z kalifornské národní laboratoře v Los Alamos, který vytvořil vyčerpávající počítačové modely založené na experimentech, ve kterých byl prvek vodíku šokován tlaky téměř tak velkými, jaké se vyskytují na obou planetách.
Ve spolupráci s francouzským kolegou vytvořil Didier Saumon z divize aplikované fyziky Los Alamos modely, které stanovily, že těžké prvky jsou soustředěny v Saturnově masivním jádru, zatímco stejné prvky jsou smíchány v celém Jupiteru s velmi malým nebo vůbec žádným centrálním jádrem. Studie zveřejněná v tomto týdnu Astrophysical Journal ukázala, že žáruvzdorné prvky, jako je železo, křemík, uhlík, dusík a kyslík, jsou koncentrovány v Saturnově jádru, ale jsou rozptýleny v Jupiteru, což vede k hypotéze, že byly vytvořeny různými procesy.
Saumon shromažďoval data z několika nedávných experimentů s kompresí rázem, které ukázaly, jak se vodík chová při tlacích miliónkrát větších než atmosférický tlak, a přibližuje se těm, kteří jsou přítomni v plynových obrech. Tyto experimenty - provedené v posledních několika letech v amerických národních laboratořích a v Rusku - poprvé povolily přesné měření tzv. Rovnice stavu jednoduchých tekutin, jako je vodík, v rámci vysokého tlaku a vysoké hustoty oblast, kde ionizace nastává pro deuterium, izotop vyrobený z atomu vodíku s dalším neutronem.
Ve spolupráci s T. Guillotem z Observatoire de la Cote d´Azur ve Francii vyvinul Saumon asi 50 000 různých modelů vnitřních struktur dvou obřích plynných planet, které zahrnovaly všechny možné variace povolené astrofyzikálním pozorováním a laboratorními experimenty.
"Některá data z dřívějších planetárních sond nám poskytla nepřímé informace o tom, co se děje uvnitř Saturn a Jupiteru, a nyní doufáme, že se dozvíme více z mise Cassini, která právě dorazila na Saturnovu orbitu," řekl Saumon. "Vybrali jsme pouze počítačové modely, které vyhovují planetárním pozorováním."
Jupiter, Saturn a další obří planety jsou tvořeny plyny, jako je slunce: Jsou to asi 70 procent hmotnosti vodíku, zbytek je většinou hélium a malá množství těžších prvků. Jejich vnitřní struktury se proto daly těžko spočítat, protože vodíková rovnice stavu při vysokých tlacích nebyla dobře pochopena.
Saumon a Guillot omezili své počítačové modely údaji z experimentů s deuteriem, čímž snížili předchozí nejistoty pro rovnici stavu vodíku, což je hlavní složka potřebná ke zlepšení modelů struktur planet a jejich formování.
"Snažili jsme se zahrnout všechny možné variace, které by mohly být povoleny experimentálními údaji o šokové kompresi deuteria," vysvětlil Saumon.
Odhadováním celkového množství těžkých prvků a jejich rozložení uvnitř Jupiteru a Saturnu modely poskytují lepší obraz o tom, jak se planety vytvářely narůstáním vodíku, helia a pevných prvků z mlhoviny, která se vířila kolem miliard před lety .
"Panovala všeobecná shoda v tom, že jádra Saturn a Jupiteru jsou jiná," řekl Saumon. „Novinkou je, jak vyčerpávající jsou tyto modely. Mnoho nejistot se nám podařilo eliminovat nebo kvantifikovat, takže máme mnohem větší důvěru v rozsah, ve kterém skutečné údaje spadají pro vodík, a tedy pro žáruvzdorné kovy a další prvky.
"Ačkoli nemůžeme říci, že naše modely jsou přesné, víme docela dobře, jak nepřesné jsou," dodal.
Tyto výsledky z modelů pomohou vodítkovým měřením Cassiniho a budoucích navrhovaných meziplanetárních vesmírných sond Jupiteru.
Los Alamos National Laboratory je provozována Kalifornskou univerzitou pro Národní správu jaderné bezpečnosti (NNSA) Ministerstva energetiky USA a spolupracuje s národními laboratořemi NNSA v Sandia a Lawrence Livermore na podpoře NNSA v jejím poslání.
Los Alamos vyvíjí a používá vědu a technologii, aby zajistil bezpečnost a spolehlivost amerického jaderného odstrašovače; omezit hrozbu zbraní hromadného ničení, šíření a terorismu; a řešit národní problémy v oblasti obrany, energetiky, životního prostředí a infrastruktury.
Původní zdroj: Los Alamos News Release
