Lähes viisi miljardia vuotta sitten jättiläismäiset kaasumaiset planeetat Jupiter ja Saturnus muodostuivat ilmeisesti radikaalisti eri tavoin.
Niin sanoo Kalifornian yliopiston Los Alamosin kansallisen laboratorion tutkija, joka on luonut tyhjentävät tietokonemallit, jotka perustuvat kokeisiin, joissa vetyelementti on järkyttynyt paineisiin, jotka ovat melkein yhtä suuret kuin kahden planeetan sisällä.
Yhteistyössä ranskalaisen kollegan kanssa Didier Saumon Los Alamosin sovelletusta fysiikan osastosta loi malleja, jotka osoittivat, että raskaat elementit ovat keskittyneet Saturnuksen massiiviseen ytimeen, kun taas samat elementit ovat sekoittuneet koko Jupiteriin, vain hyvin vähän tai ei lainkaan keskeistä ydintä. Tämän viikon Astrophysical Journal -julkaisussa julkaistu tutkimus osoitti, että tulenkestävät elementit, kuten rauta, pii, hiili, typpi ja happi, ovat keskittyneet Saturnin ytimeen, mutta ovat levinneet Jupiteriin, mikä johtaa olettamaan, että ne muodostuivat erilaisilla prosesseilla.
Saumon keräsi tietoja useista äskettäisistä shokkikompressiokokeista, jotka ovat osoittaneet, kuinka vety käyttäytyy miljoonia kertoja paineissa, jotka ovat suurempi kuin ilmakehän paine, lähestyessään kaasujättiläisten läsnä olevia. Nämä kokeet - useiden vuosien ajan suoritetut Yhdysvaltojen kansallisissa laboratorioissa ja Venäjällä - ovat ensimmäistä kertaa mahdollistaneet tarkkojen mittausten yksinkertaisten nesteiden, kuten vedyn, ns. Tilayhtälön korkean paineen ja suuren tiheyden sisällä valtakunnassa, jossa deuteriumille tapahtuu ionisoitumista, vetyatomista koostuva isotooppi, jolla on ylimääräinen neutroni.
Yhteistyössä Ranskan Observatoire de la Cote d'Azurin T. Guillot'n kanssa Saumon kehitti noin 50 000 erilaista mallia kahden jättiläismäisen kaasumaisen planeetan sisäisestä rakenteesta, jotka sisälsivät kaikki mahdolliset variaatiot, jotka astrofysiikan havainnot ja laboratoriokokeet sallivat.
"Jotkut aikaisempien planeettojen koettimien tiedot antoivat meille epäsuoraa tietoa Saturnuksen ja Jupiterin sisällä tapahtuvasta, ja nyt toivomme oppivan lisää Saturnuksen kiertoradalle juuri saapuneesta Cassini-operaatiosta", Saumon sanoi. "Valitsimme vain tietokonemallit, jotka sopivat planeettojen havaintoihin."
Jupiter, Saturnus ja muut jättiläiset planeetat koostuvat kaasuista, kuten aurinko: Ne ovat noin 70 prosenttia vetystä massassa, loput lähinnä heliumia ja pieniä määriä raskaampia alkuaineita. Siksi niiden sisärakenteita oli vaikea laskea, koska vedyn tilayhtälöä korkeissa paineissa ei käsitelty hyvin.
Saumon ja Guillot rajoittivat tietokonemallinsa deuteriumkokeista saatuihin tietoihin vähentäen siten aikaisempaa epävarmuutta vedyn tilan yhtälöstä, joka on keskeinen aineosa, jota tarvitaan parantamaan planeettojen rakenteiden malleja ja niiden muodostumista.
"Yritimme sisällyttää kaikki mahdolliset variaatiot, jotka deuteriumin iskunpuristamista koskevat kokeelliset tiedot voivat sallia", Saumon selitti.
Arvioimalla raskaiden elementtien kokonaismäärä ja niiden jakautuminen Jupiterin ja Saturnuksen sisällä, mallit tarjoavat paremman kuvan siitä, kuinka planeetat muodostuivat vedyn, heliumin ja kiinteiden elementtien lisääntyessä sumusta, joka pyörii auringon ympäri miljardeja vuosia sitten .
"On ollut yleinen yhteisymmärrys siitä, että Saturnuksen ja Jupiterin ytimet ovat erilaisia", Saumon sanoi. ”Uutta on tässä, kuinka tyhjentävät nämä mallit ovat. Olemme onnistuneet poistamaan tai kvantifioimaan monet epävarmuustekijät, joten meillä on paljon parempi luottamus alueeseen, jolla todelliset tiedot laskevat vedystä ja siten tulenkestävistä metalleista ja muista elementeistä.
"Vaikka emme voi sanoa, että mallimme ovat tarkkoja, tiedämme melko hyvin, kuinka epätarkkoja ne ovat", hän lisäsi.
Nämä mallitulokset auttavat ohjaamaan mittauksia, jotka Cassini ja tulevat ehdotetut planeettojen väliset avaruuskoettimet suorittavat Jupiterille.
Los Alamosin kansallista laboratoriota hoitaa Kalifornian yliopisto Yhdysvaltain energiaministeriön kansallisen ydinturvallisuushallinnon (NNSA) kanssa ja se toimii yhteistyössä NNSA: n Sandian ja Lawrence Livermore kansallisten laboratorioiden kanssa tukeakseen NNSA: ta sen tehtävässään.
Los Alamos kehittää ja soveltaa tiedettä ja tekniikkaa Yhdysvaltain ydinvoimavarojen turvallisuuden ja luotettavuuden varmistamiseksi; vähentää joukkotuhoaseiden, leviämisen ja terrorismin uhkaa ja ratkaisemaan kansalliset ongelmat puolustuksessa, energiassa, ympäristössä ja infrastruktuurissa.
Alkuperäinen lähde: Los Alamos -lehdistötiedote
