For nærmere fem milliarder år siden dannet de gigantiske gassformige planetene Jupiter og Saturn seg, tilsynelatende på radikalt forskjellige måter.
Så sier en forsker ved University of California Los Alamos National Laboratory som laget uttømmende datamodeller basert på eksperimenter der elementet hydrogen ble sjokkert for trykk nesten like stort som de som ble funnet i de to planetene.
I samarbeid med en fransk kollega skapte Didier Saumon fra Los Alamos 'Applied Physics Division modeller som slo fast at tunge elementer er konsentrert i Saturns massive kjerne, mens de samme elementene er blandet i hele Jupiter, med veldig liten eller ingen sentral kjerne i det hele tatt. Studien, som ble publisert i Astrophysical Journal i denne uken, viste at ildfaste elementer som jern, silisium, karbon, nitrogen og oksygen er konsentrert i Saturns kjerne, men er diffust i Jupiter, noe som fører til en hypotese om at de ble dannet gjennom forskjellige prosesser.
Saumon samlet inn data fra flere nylige eksperimenter med sjokkkompresjon som har vist hvordan hydrogen oppfører seg ved trykk en million ganger større enn atmosfæretrykket, og nærmer seg de som er til stede i gassgigantene. Disse eksperimentene - utført i løpet av de siste årene på amerikanske nasjonale laboratorier og i Russland - har for første gang tillatt nøyaktige målinger av den såkalte tilstandens ligning av enkle væsker, for eksempel hydrogen, innenfor høyt trykk og høy tetthet rike der ionisering skjer for deuterium, isotopen laget av et hydrogenatom med et ekstra nøytron.
I samarbeid med T. Guillot fra Observatoire de la Cote d’Azur, Frankrike, utviklet Saumon rundt 50 000 forskjellige modeller av de indre strukturene til de to gigantiske gassformige planetene som inkluderte alle mulige variasjoner tillatt av astrofysiske observasjoner og laboratorieeksperimenter.
"Noen data fra tidligere planetariske prober ga oss indirekte informasjon om hva som skjer inne i Saturn og Jupiter, og nå håper vi å lære mer fra Cassini-oppdraget som nettopp ankom banen til Saturn," sa Saumon. "Vi valgte bare datamaskinmodellene som passer til planetobservasjonene."
Jupiter, Saturn og de andre gigantiske planetene består av gasser, som solen: De er omtrent 70 prosent hydrogenmasse, med resten for det meste helium og små mengder tyngre elementer. Derfor var deres indre strukturer vanskelig å beregne fordi hydrogens ligning av tilstand ved høye trykk ikke var godt forstått.
Saumon og Guillot begrenset datamaskinmodellene sine med data fra deuterium-eksperimentene, og reduserte derved tidligere usikkerhetsmomenter for likningen av hydrogentilstand, som er den sentrale ingrediensen som er nødvendig for å forbedre modeller av planetene og hvordan de dannet seg.
"Vi prøvde å inkludere alle mulige variasjoner som kan tillates av eksperimentelle data om sjokkkompresjon av deuterium," forklarte Saumon.
Ved å estimere den totale mengden av de tunge elementene og deres distribusjon inne i Jupiter og Saturn, gir modellene et bedre bilde av hvordan planetene dannet seg gjennom tilskudd av hydrogen, helium og faste elementer fra tåken som virvlet rundt solen for milliarder av år siden. .
"Det har vært enighet om at kjernene til Saturn og Jupiter er forskjellige," sa Saumon. "Det som er nytt her, er hvor uttømmende disse modellene er. Vi har klart å eliminere eller kvantifisere mange av usikkerhetene, så vi har mye bedre tillit til området som de faktiske dataene vil falle for hydrogen, og derfor for de ildfaste metaller og andre elementer.
"Selv om vi ikke kan si at modellene våre er presise, vet vi ganske godt hvor upresise de er," la han til.
Disse resultatene fra modellene vil hjelpe deg med målinger som skal tas av Cassini og fremtidige foreslåtte interplanetære romprober til Jupiter.
Los Alamos National Laboratory drives av University of California for National Nuclear Security Administration (NNSA) i U.S. Department of Energy og jobber i samarbeid med NNSAs Sandia og Lawrence Livermore nasjonale laboratorier for å støtte NNSA i sitt oppdrag.
Los Alamos utvikler og anvender vitenskap og teknologi for å sikre sikkerheten og påliteligheten til USAs kjernefysisk avskrekkelse; redusere trusselen om masseødeleggelsesvåpen, spredning og terrorisme; og løse nasjonale problemer innen forsvar, energi, miljø og infrastruktur.
Originalkilde: Los Alamos News Release
