În urmă cu aproape cinci miliarde de ani, planetele gazoase gigantice Jupiter și Saturn s-au format, aparent în moduri radical diferite.
Așa spune un om de știință din laboratorul național Los Alamos de la Universitatea din California, care a creat modele exhaustive de computer bazate pe experimente în care elementul de hidrogen a fost șocat la presiuni aproape la fel de mari ca cele găsite în cele două planete.
Lucrând cu un coleg francez, Didier Saumon din Divizia de fizică aplicată a lui Los Alamos a creat modele care stabilesc că elementele grele sunt concentrate în nucleul masiv al lui Saturn, în timp ce aceleași elemente sunt amestecate în Jupiter, cu foarte puțin sau deloc miezul central. Studiul publicat în Jurnalul Astrofizic al acestei săptămâni a arătat că elementele refractare, cum ar fi fierul, siliconul, carbonul, azotul și oxigenul sunt concentrate în nucleul lui Saturn, dar sunt difuzate în Jupiter, ceea ce duce la o ipoteză că acestea au fost formate prin diferite procese.
Saumon a colectat date din mai multe experimente recente de compresiune a șocurilor care au arătat cum se comportă hidrogenul la presiuni de un milion de ori mai mare decât presiunea atmosferică, apropiindu-se de cei prezenți în giganții gazului. Aceste experimente - efectuate în ultimii câțiva ani în laboratoarele naționale ale SUA și în Rusia - au permis pentru prima dată măsurători precise ale așa-numitei ecuații de stare a fluidelor simple, cum ar fi hidrogenul, în cadrul presiunii înalte și de înaltă densitate tărâm unde are loc ionizarea pentru deuteriu, izotopul format dintr-un atom de hidrogen cu un neutron suplimentar.
În colaborare cu T. Guillot de la Observatoire de la Cotezurzur, Franța, Saumon a dezvoltat aproximativ 50.000 de modele diferite ale structurilor interne ale celor două planete gazoase uriașe care includeau toate variațiile posibile permise de observații astrofizice și experimente de laborator.
"Unele date provenite din sondele planetare anterioare ne-au oferit informații indirecte despre ceea ce are loc în Saturn și Jupiter, iar acum sperăm să aflăm mai multe din misiunea Cassini care tocmai a ajuns pe orbita lui Saturn", a spus Saumon. „Am selectat doar modelele de computer care se potrivesc observațiilor planetare.”
Jupiter, Saturn și celelalte planete uriașe sunt formate din gaze, precum soarele: Sunt aproximativ 70 la sută hidrogen în masă, cu restul în mare parte heliu și cantități mici de elemente mai grele. Prin urmare, structurile lor interioare au fost greu de calculat, deoarece ecuația de stat a hidrogenului la presiuni ridicate nu a fost bine înțeleasă.
Saumon și Guillot și-au restricționat modelele computerizate cu date din experimentele deuteriu, reducând astfel incertitudinile anterioare pentru ecuația stării de hidrogen, care este ingredientul central necesar pentru îmbunătățirea modelelor structurilor planetelor și modul în care acestea s-au format.
„Am încercat să includem fiecare variantă posibilă care ar putea fi permisă de datele experimentale privind compresia prin șoc a deuteriu”, a explicat Saumon.
Estimând cantitatea totală a elementelor grele și distribuția lor în Jupiter și Saturn, modelele oferă o imagine mai bună despre modul în care planetele s-au format prin acumularea de hidrogen, heliu și elemente solide din nebuloasa care a învârtit în jurul soarelui miliarde de ani în urmă .
"Nu a existat un acord general potrivit căruia nucleele lui Saturn și Jupiter sunt diferite", a spus Saumon. „Ce este nou aici este cât de exhaustive sunt aceste modele. Am reușit să eliminăm sau să cuantificăm multe dintre incertitudini, deci avem o încredere mult mai bună în intervalul în care datele reale vor cădea pentru hidrogen și, prin urmare, pentru metalele refractare și alte elemente.
„Deși nu putem spune că modelele noastre sunt precise, știm destul de bine cât de imprecise sunt”, a adăugat el.
Aceste rezultate ale modelelor vor ajuta la ghidarea măsurătorilor de către Cassini și viitoarele sonde spațiale interplanetare propuse la Jupiter.
Laboratorul Național Los Alamos este operat de Universitatea din California pentru Administrația Națională de Securitate Nucleară (NNSA) din Departamentul de Energie al SUA și lucrează în parteneriat cu laboratoarele naționale Sandia și Lawrence Livermore ale NNSA pentru a sprijini NNSA în misiunea sa.
Los Alamos dezvoltă și aplică știința și tehnologia pentru a asigura siguranța și fiabilitatea disuasiunii nucleare din SUA; reduce amenințarea armelor de distrugere în masă, proliferare și terorism; și soluționarea problemelor naționale în domeniul apărării, energiei, mediului și infrastructurii.
Sursa originală: Comunicat de presă Los Alamos
