Астрономія
Астрономія

Астрономи знайшли свідчення гелієвих дощів всередині Юпітера

Дослідники зімітували в лабораторії умови всередині Юпітера для зразків суміші водню і гелію та встановили, що у надрах планети може існувати шар гелієвих опадів. За їхніми оцінками, він може становити 15% радіусу Юпітера. Стаття про це надрукована у журналі Nature.

NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), M. H. Wong (University of California, Berkeley), OPAL team / ESA

NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), M. H. Wong (University of California, Berkeley), OPAL team / ESA

Що відомо про надра Юпітера?

Юпітер, Сатурн та численні відкриті гігантські екзопланети складаються переважно з водню та гелію. Еволюція та структурні моделі цих планет визначаються співвідношеннями їхніх мас та радіусів, складом атмосфери та внутрішнім розподілом мас, на які вказують гравітаційні моменти. Дані, отримані завдяки місіям «Галілео» та «Юнона», підтверджують сучасні уявлення про те, що внутрішні шари Юпітера не є ані однорідними, ані ізоентропійним (термодинамічні процеси у таких шарах були б зворотніми та відбувалися б без переносу тепла чи маси). Астрономи припускають, що внутрішня частина Юпітера складалася щонайменше з чотирьох основних областей:

  • зовнішня ізоентропійна однорідна молекулярна оболонка із суміші молекулярного водню та гелію;
  • неоднорідний, ізоентропійний шар, у якому, імовірно, гелій не змішується з воднем та утворює опади;
  • більш глибокий ізоентропійний, однорідний металевий шар гелію та водню;
  • ядро, у якому кількість важчих елементів збільшується із глибиною.

Який експеримент провели дослідники?

Щоб перевірити, чи дійсно в надрах Юпітера існує шар опадів гелію, науковці зімітували умови всередині планети. Для цього вони використали суміш водню та гелію. Спершу її піддали впливу тиску 4 гігапаскалів за допомогою діамантового ковадла, потім, використовуючи 12 променів лазера, науковці довели зразки до кінцевого тиску у 60-180 гігапаскалей і нагріли їх. Команда виміряла, з якою швидкістю зразком розповсюджувалася ударна хвиля, і дослідила властивості суміші в таких умовах.

Що показали результати?

Виявилося, що електропровідність зразків різко змінюється, коли тиск складає від 93 до 150 гігапаскалей, а температура від 4700 до 10200 Кельвінів. Це вказує на те, що суміш гелію та водню за таких умов стає нестійкою, і гелій починає випадати. Таким чином, дослідники вважають, що шар на глибині від 11 тисяч до 22 тисяч кілометрів нижче верхівок хмар Юпітера може містити гелієві опади. Це еквівалентно приблизно 15% радіусу планети.