Вероятность гелиевого дождя внутри Юпитера и Сатурна

В газете опубликовано сегодня Природа, ученые обнаружили экспериментальные данные, подтверждающие это давнее предсказание, показывающие, что гелиевый дождь возможен в диапазоне температурных и давлений, которые отражают те, которые ожидаются на этих планетах.

«Мы обнаружили, что гелиевый дождь существует и может происходить как на Юпитере, так и на Сатурне», — сказал Мариус Миллот, физик из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) и соавтор публикации. «Это важно, чтобы помочь ученым-планетологам расшифровать, как эти планеты сформировались и развивались, что имеет решающее значение для понимания того, как образовалась солнечная система».

«Юпитер особенно интересен, потому что считается, что он помог защитить внутреннюю часть планеты, в которой сформировалась Земля», — добавил Раймонд Жанло, соавтор и профессор науки о Земле, планетах и ​​астрономии в Калифорнийском университете в Беркли. «Возможно, мы здесь из-за Юпитера».

Международная исследовательская группа, в которую вошли ученые из LLNL, Французской комиссии по альтернативной энергии и атомной энергии, Университета Рочестера и Калифорнийского университета в Беркли, провела свои эксперименты в Лаборатории лазерной энергии (LLE) Университета Рочестера.

«Сочетание статического сжатия и лазерных ударов является ключом к достижению условий, сопоставимых с внутренними частями Юпитера и Сатурна, но это очень сложно», — сказал Милло. «Нам действительно пришлось поработать над техникой, чтобы получить убедительные доказательства. Команда потребовала много лет и много творческого подхода ».

Команда использовала ячейки с алмазными наковальнями для сжатия смеси водорода и гелия до 4 гигапаскалей (ГПа; примерно в 40 000 раз больше земной атмосферы). Затем ученые использовали 12 гигантских лучей Омега-лазера LLE для запуска сильных ударных волн, чтобы еще больше сжать образец до конечных давлений 60–180 ГПа и нагреть его до нескольких тысяч градусов. Подобный подход был ключом к открытию суперионного водяного льда.

Используя серию сверхбыстрых диагностических инструментов, команда измерила скорость удара, оптическую отражательную способность ударно-сжатого образца и его тепловое излучение, обнаружив, что отражательная способность образца не увеличивалась плавно с увеличением ударного давления, как в большинстве образцов. исследователи изучали аналогичные измерения. Вместо этого они обнаружили разрывы в наблюдаемом сигнале отражательной способности, которые указывают на резкое изменение электропроводности образца, что является признаком разделения смеси гелия и водорода. В статье, опубликованной в 2011 году, ученые LLNL Себастьян Хамель, Мигель Моралес и Эрик Швеглер предложили использовать изменения оптической отражательной способности в качестве зонда для процесса расслоения.

«Наши эксперименты показывают экспериментальные доказательства давнего предсказания: существует диапазон давлений и температур, при которых эта смесь становится нестабильной и расслаивается», — сказал Милло. «Этот переход происходит при давлении и температуре, близких к условиям, необходимым для превращения водорода в металлическую жидкость, и интуитивно понятная картина заключается в том, что водородная металлизация запускает расслоение».