Интерьеры двух газовых гигантов, Юпитера и Сатурна, довольно экстремальные места. Обычно, когда мы думаем о жидком металле, у нас возникают мысли о жидкой ртути при комнатной температуре (или о повторной сборке жидкого металла Т-1000, сыгранного Робертом Патриком в фильме Терминатор 2), мы редко считаем два самых распространенных элемента во Вселенной жидким металлом в определенных условиях. И все же, это то, на что претендует команда физиков из Калифорнийского университета в Беркли; гелий и водород могут смешиваться вместе под воздействием массивных давлений вблизи ядер Юпитера и Сатурна, образуя жидкометаллический сплав, что, возможно, меняет наше восприятие того, что находится под этими штормами Юпитера ...
Обычно физики и химики планет уделяют основное внимание характеристикам наиболее распространенного элемента во Вселенной: водорода. Действительно, более 90% Юпитера и Сатурна тоже водород. Но в атмосфере этого газового гиганта находится не простой атом водорода, это удивительно сложный двухатомный водородный газ (то есть молекулярный водород, H2). Таким образом, чтобы понять динамику и природу внутренностей самых массивных планет в нашей Солнечной системе, исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Лондоне изучают гораздо более простой элемент; Второй самый распространенный газ во Вселенной: гелий.
Раймонд Джанлоз, профессор Калифорнийского университета в Беркли, и его команда обнаружили интересную характеристику гелия при экстремальных давлениях, которые могут оказываться вблизи ядер Юпитера и Сатурна. Гелий образует металлический жидкий сплав при смешивании с водородом. Такое состояние вещества считалось редким, но эти новые результаты показывают, что жидкометаллические гелиевые сплавы могут встречаться чаще, чем мы думали ранее.
“Это прорыв с точки зрения нашего понимания материалов, и это важно, потому что для понимания долгосрочной эволюции планет нам необходимо знать больше об их свойствах в глубине. Это открытие также интересно с точки зрения понимания того, почему материалы такие, какие они есть, и что определяет их стабильность и их физические и химические свойства.«. - Раймонд Жанлоз.
Юпитер, например, оказывает огромное давление на газы в его атмосфере. Из-за его большой массы можно ожидать давления до 70 миллионов атмосфер Земли (нет, этого недостаточно, чтобы запустить термоядерный синтез ...), создавая температуры ядра от 10000 до 20000 К (это в 2-4 раза выше, чем Фотосфера Солнца!). Таким образом, гелий был выбран в качестве элемента для изучения в этих экстремальных условиях, газ, который составляет 5-10% наблюдаемой материи Вселенной.
Используя квантовую механику для расчета поведения гелия при различных экстремальных давлениях и температурах, исследователи обнаружили, что гелий превратится в жидкий металл при очень высоком давлении. Обычно гелий считается бесцветным и прозрачным газом. В условиях атмосферы Земли это действительно так. Тем не менее, он превращается в совершенно другое существо в 70 миллионов атмосфер Земли. Вместо того, чтобы быть изолирующим газом, он превращается в проводящее жидкометаллическое вещество, больше похожее на ртуть, «только менее отражающий», Добавил Жанлос.
Этот результат вызывает удивление, так как всегда считалось, что массивные давления затрудняют превращение таких элементов, как водород и гелий, в металлоподобные элементы. Это связано с тем, что высокие температуры в таких местах, как ядро Юпитера, вызывают повышенную вибрацию атомов, что отклоняет пути электронов, пытающихся течь в материале. Если нет потока электронов, материал становится изолятором и его нельзя назвать «металлом».
Тем не менее, эти новые результаты предполагают, что колебания атомов при такого рода давлениях на самом деле оказывают противоинтуитивный эффект, создавая новые пути прохождения электронов. Внезапно жидкий гелий становится проводящим, то есть это металл.
С другой стороны, считается, что жидкий металл гелия может легко смешиваться с водородом. Планетная физика говорит нам, что это невозможно, водород и гелий разделяются как нефть и вода внутри газовых гигантских тел. Но команда Жанлоса нашла, что эти два элемента могли фактически смешаться, создавая жидкометаллический сплав. Если это так, то необходимо серьезно задуматься о планетарной эволюции.
И Юпитер, и Сатурн выделяют больше энергии, чем предоставляет Солнце, что означает, что обе планеты генерируют свою собственную энергию. Принятый механизм для этого - конденсация капель гелия, которые падают из верхних атмосфер планет и в ядро, высвобождая гравитационный потенциал, когда гелий падает как «дождь». Однако, если это исследование подтвердит, что внутреннее пространство газового гиганта, вероятно, будет намного более однородным, чем считалось ранее, это означает, что не может быть никаких капель гелия.
Поэтому следующая задача для Жанлоса и его команды - найти альтернативный источник энергии, генерирующий тепло в ядрах Юпитера и Сатурна.так что пока не начинайте переписывать учебники ...)
Источник: Калифорнийский университет в Беркли
