Ligi viis miljardit aastat tagasi moodustusid hiiglaslikud gaasilised planeedid Jupiter ja Saturn, ilmselt radikaalselt erineval viisil.
Nii ütleb California ülikooli Los Alamose riikliku laboratooriumi teadlane, kes lõi katsete põhjal põhjalikud arvutimudelid, milles vesinikuelemendi šokk oli peaaegu sama suur rõhk kui kahel planeedil.
Koostöös prantsuse kolleegiga Didier Saumoniga Los Alamose rakendusfüüsika osakonnast loodi mudelid, mis kinnitasid, et rasked elemendid on koondunud Saturni massilisse südamikku, samal ajal kui need samad elemendid on kogu Jupiteris segunenud, keskne tuum on väga väike või puudub üldse. Selle nädala ajakirjas Astrophysical Journal avaldatud uuring näitas, et tulekindlad elemendid nagu raud, räni, süsinik, lämmastik ja hapnik on kontsentreeritud Saturni tuuma, kuid on hajutatud Jupiteris, mis viib hüpoteesini, et need moodustusid erinevate protsesside käigus.
Saumon kogus andmeid mitmetest hiljutistest löökide kokkusurumise katsetest, mis on näidanud, kuidas vesinik käitub atmosfäärirõhust miljon korda suurema rõhu korral, lähenedes gaasigigaanides esinevatele. Need katsed - mida on mitu aastat läbi viidud USA riiklikes laborites ja Venemaal - võimaldasid esmakordselt täpselt mõõta lihtsate vedelike, näiteks vesiniku oleku niinimetatud võrrandit kõrgsurve ja suure tihedusega kus deuteeriumi ioniseerimine toimub, on vesinikuaatomist isotoop koos täiendava neutroniga.
Koostöös T. Guillotiga Prantsusmaal asuvast Observatoire de la Cote d’Azurist töötas Saumon välja umbes 50 000 erinevat kahe hiiglasliku gaasilise planeedi sisestruktuuride mudelit, mis sisaldasid kõiki võimalikke variatsioone, mida lubavad astrofüüsikalised vaatlused ja laboratoorsed katsed.
"Mõned andmed varasemate planeetesondide kohta andsid meile kaudset teavet selle kohta, mis toimub Saturni ja Jupiteri sisemuses, ja nüüd loodame saada rohkem teada Cassini-missioonilt, mis just saabus Saturni orbiidile," ütles Saumon. "Valisime ainult need arvutimudelid, mis sobivad planeedi vaatlustega."
Jupiter, Saturn ja muud hiiglaslikud planeedid koosnevad gaasidest, nagu päike: Need on massist umbes 70 protsenti vesinikud, ülejäänud on enamasti heelium ja väikestes kogustes raskemad elemendid. Seetõttu oli nende sisestruktuure raske arvutada, kuna vesiniku olekuvõrrandit kõrgel rõhul ei olnud hästi mõista.
Saumon ja Guillot piirasid oma arvutimudelite kasutamist deuteeriumkatsete andmetega, vähendades seeläbi vesiniku oleku võrrandi varasemat ebakindlust, mis on keskne koostisosa, mida on vaja planeetide struktuuride mudelite ja nende moodustamise parandamiseks.
"Proovisime kaasata kõiki võimalikke variatsioone, mida deuteeriumi löögisurumise eksperimentaalsed andmed võivad lubada," selgitas Saumon.
Hinnates raskete elementide kogust ja nende jaotust Jupiteri ja Saturni sees, annavad mudelid parema pildi sellest, kuidas planeedid moodustasid vesiniku, heeliumi ja tahkete elementide kaudu udus, mis keerles miljardeid aastaid tagasi päikese ümber .
"On olnud üldine kokkulepe, et Saturni ja Jupiteri tuumad on erinevad," ütles Saumon. „Siin on uudiseks see, kui ammendavad need mudelid on. Oleme suutnud paljud ebamäärasused kõrvaldada või kvantifitseerida, nii et meil on palju parem usaldus vahemikus, milles tegelikud andmed langevad vesiniku, seega tulekindlate metallide ja muude elementide kohta.
"Ehkki ei saa öelda, et meie mudelid on täpsed, teame üsna hästi, kui ebatäpsed need on," lisas ta.
Need mudelite tulemused aitavad suunata Cassini ja tulevaste planeetidevaheliste kosmosesondide mõõtmised Jupiterile.
Los Alamose riiklikku laboratooriumi haldab California ülikool USA energeetikaosakonna riikliku tuumajulgeoleku administratsiooni (NNSA) jaoks ning töötab koostöös NNSA Sandia ja Lawrence Livermore'i riiklike laboritega NNSA toetamisel selle missioonil.
Los Alamos arendab ja rakendab teadust ja tehnoloogiat, et tagada USA tuumameetmete ohutus ja usaldusväärsus; vähendada massihävitusrelvade, leviku ja terrorismi ohtu; ning lahendada riigikaitse, energeetika, keskkonna ja infrastruktuuri probleemid.
Algne allikas: Los Alamosi pressiteade
