Kahden kaasujättelijän, Jupiterin ja Saturnuksen, sisätilat ovat melko äärimmäisiä paikkoja. Tavallisesti ajatellessamme nestemäistä metallia olemme ajatuksia nestemäisestä elohopeasta huoneenlämmössä (tai Robert Patrickin elokuvassa uudelleen kokoamasta nestemäisestä metallista T-1000) Terminaattori 2), harvoin pidämme kahta maailmankaikkeuden runsaimmista elementeistä nestemäisenä metallina tietyissä olosuhteissa. Ja silti, tätä väittää UC Berkleyn fyysikkojen ryhmä; helium ja vety voivat sekoittaa toisiaan, Jupiterin ja Saturnuksen ytimien lähellä olevien massiivisten paineiden pakottamana, muodostaen nestemäisen metalliseoksen, mikä mahdollisesti muuttaa käsitystämme siitä, mikä on niiden Jovian myrskyjen alla…
Yleensä planeettafyysikot ja -kemikot keskittyvät suurimman osan huomiostaan maailmankaikkeuden runsaimman alkuaineen, vety, ominaisuuksiin. Tosiaankin, yli 90% Jupiterista ja Saturnusta on myös vety. Mutta näiden kaasujätteiden ilmakehän sisällä ei ole yksinkertainen vetyatomi, se on yllättävän monimutkainen diatominen vetykaasu (ts. Molekyylivety, H2). Joten ymmärtääksesi aurinkokunnan massiivisimpien planeettojen sisäpintojen dynamiikkaa ja luonnetta UC Berkleyn ja Lontoon tutkijat etsivät paljon yksinkertaisempaa elementtiä; toiseksi yleisin kaasu maailmankaikkeudessa: helium.
UC Berkeleyn professori Raymond Jeanloz ja hänen tiiminsä ovat paljastaneet mielenkiintoisen ominaisuuden heliumista äärimmäisissä paineissa, joita voidaan kohdistaa Jupiterin ja Saturnuksen ytimien läheisyyteen. Helium muodostaa metallisen nestemäisen lejeeringin sekoitettuna vetyyn. Tämän aineen tilan ajateltiin olevan harvinainen, mutta näiden uusien havaintojen mukaan nestemäiset metalliheliumiseokset voivat olla yleisempiä kuin aiemmin ajattelimme.
“Tämä on läpimurto materiaalien ymmärtämisen kannalta, ja se on tärkeää, koska meidän on ymmärrettävä planeettojen pitkäaikaisen kehityksen ymmärtämiseksi enemmän niiden ominaisuuksista syvällä. Löytö on mielenkiintoista myös sen ymmärtämisen kannalta, miksi materiaalit ovat sellaisia kuin ne ovat ja mikä määrittelee niiden stabiilisuuden ja fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.” - Raymond Jeanloz.
Esimerkiksi Jupiter kohdistaa valtavan paineen ilmakehänsä kaasuihin. Suuren massansa ansiosta voidaan odottaa paineita jopa 70 miljoonaan maapallon ilmakehään (ei, se ei riitä fuusion käynnistämiseen ...), jolloin ytimen lämpötila on välillä 10 000 - 20 000 K (se on 2–4 kertaa kuumempi kuin Auringon valokuvasfääri!). Joten helium valittiin tutkittavaksi näissä ääriolosuhteissa, kaasuna, joka muodostaa 5-10% maailmankaikkeuden havaittavissa olevasta aineesta.
Tutkijat havaitsivat, että kvanttimekaniikan avulla laskettaessa heliumin käyttäytymistä erilaisissa äärimmäisissä paineissa ja lämpötiloissa, helium muuttuu nestemäiseksi metalliksi erittäin korkeassa paineessa. Yleensä heliumia pidetään värittömänä ja läpinäkyvänä kaasuna. Maa-ilmakehän olosuhteissa tämä on totta. Kuitenkin siitä tulee täysin erilainen olento 70 miljoonan maan ilmakehän ympäristössä. Sen sijaan, että se olisi eristävä kaasu, se muuttuu johtavaksi nestemäiseksi metalliaineeksi, enemmän kuin elohopeaksi “vain vähemmän heijastava”, Jeanloz lisäsi.
Tämä tulos on yllättävää, koska on aina ajateltu, että massiiviset paineet vaikeuttavat vety- ja heliumityyppisten elementtien muuttumista metallisiksi. Tämä johtuu siitä, että korkeat lämpötilat Jupiterin ytimen kaltaisissa paikoissa aiheuttavat lisääntynyttä värähtelyä atomeissa, taiputtaen siten materiaaliin virtaavien elektronien polkuja. Jos elektronivirtausta ei ole, materiaalista tulee eriste ja sitä ei voida kutsua "metalli".
Nämä uudet havainnot kuitenkin viittaavat siihen, että atomien värähtelyillä tällaisten paineiden alla on tosiasiallisesti vasta-intuitiivinen vaikutus luomalla uusia polkuja elektronien virtaukselle. Yhtäkkiä nestemäisestä heliumista tulee johtava, eli se on metalli.
Toisessa kierteessä ajatellaan, että nestemäinen heliummetalli voisi helposti sekoittua vedyn kanssa. Planeettafysiikka kertoo meille, että tämä ei ole mahdollista, vety ja helium eroavat toisistaan kuin öljy ja vesi kaasujätteisten kappaleiden sisällä. Mutta Jeanlozin joukkue on huomannut, että nämä kaksi elementtiä voisivat todella sekoittua, muodostaen nestemäisen metalliseoksen. Jos näin on, on tehtävä joitain vakavia planeettakehityksen uudelleenarviointeja.
Sekä Jupiter että Saturnus vapauttavat enemmän energiaa kuin aurinko tarjoaa merkityksen siitä, että molemmat planeetat tuottavat omaa energiaa. Hyväksytty mekanismi tähän on kondensoivia heliumpisaroita, jotka putoavat planeettojen yläilmastosta ja ytimestä, vapauttaen painovoimapotentiaalin, kun helium putoaa “sateena”. Jos tämä tutkimus kuitenkin osoittautuu tapaukseksi, kaasu jättiläinen sisustus on todennäköisesti paljon homogeenisempi kuin aiemmin ajateltiin, mikä tarkoittaa, että heliumpisaroita ei voi olla.
Joten seuraava tehtävä Jeanlozille ja hänen joukkueelleen on löytää vaihtoehtoinen energialähde, joka tuottaa lämpöä Jupiterin ja Saturnuksen ytimistä (joten älä kirjoita kirjoja vielä aivan uudelleen ...)
Lähde: UC Berkeley
