Interiøret i de to gassgigantene, Jupiter og Saturn, er ganske ekstreme steder. Vanligvis når vi tenker på et flytende metall, har vi tanker om flytende kvikksølv ved romtemperatur (eller det sammenmonterende flytende metallet T-1000 spilt av Robert Patrick i filmen Terminator 2), sjelden anser vi to av de mest tallrike elementene i universet for å være et flytende metall under visse forhold. Og ennå, dette er hva et team av fysikere fra UC Berkley hevder; helium og hydrogen kan blandes sammen, tvunget av det enorme presset nær kjernene til Jupiter og Saturn, og danne en flytende metalllegering, og muligens endre vår oppfatning av hva som ligger under de joviske stormene ...
Vanligvis fokuserer planetfysikere og kjemikere mesteparten av oppmerksomheten på egenskapene til det mest tallrike elementet i universet: hydrogen. Over 90% av både Jupiter og Saturn er faktisk også hydrogen. Men innenfor disse gassgigantens atmosfærer er ikke det enkle hydrogenatom, det er den overraskende komplekse diatomiske hydrogengassen (dvs. molekylært hydrogen, H2). Så for å forstå dynamikken og naturen til innsiden av de mest massive planetene i vårt solsystem, forskere fra UC Berkley og London ser på et langt enklere element; den nest rikeste gassen i universet: helium.
Raymond Jeanloz, professor ved UC Berkeley, og teamet hans har avdekket et interessant kjennetegn på helium ved de ekstreme pressene som kan utøves i nærheten av kjernene til Jupiter og Saturn. Helium vil danne en metallisk flytende legering når den blandes med hydrogen. Denne tilstanden ble antatt å være sjelden, men disse nye funnene tyder på at heliumlegeringer med flytende metall kan være mer vanlig enn vi tidligere trodde.
“Dette er et gjennombrudd når det gjelder vår forståelse av materialer, og det er viktig fordi vi for å forstå den langsiktige utviklingen av planeter, trenger å vite mer om deres egenskaper innerst inne. Funnet er også interessant fra et synspunkt om å forstå hvorfor materialer er slik de er, og hva som bestemmer deres stabilitet og deres fysiske og kjemiske egenskaper.” - Raymond Jeanloz.
Jupiter utøver for eksempel et enormt trykk på gassene i atmosfæren. På grunn av den store massen, kan man forvente trykk opp til 70 millioner jordatmosfærer (nei, det er ikke nok til å starte fusjon) ... og skape kjernetemperaturer mellom 10.000 og 20.000 K (det er 2-4 ganger varmere enn Solens fotosfære!). Så helium ble valgt som element for å studere under disse ekstreme forholdene, en gass som utgjør 5-10% av universets observerbare materie.
Ved å bruke kvantemekanikk for å beregne atferden til helium under forskjellige ekstreme trykk og temperaturer, fant forskerne at helium vil bli til et flytende metall ved veldig høyt trykk. Vanligvis er helium tenkt som en fargeløs og gjennomsiktig gass. Under jord-atmosfære forhold er dette sant. Imidlertid blir det til en helt annen skapning på 70 millioner jordatmosfærer. I stedet for å være en isolerende gass, blir den til et ledende flytende metallstoff, mer som kvikksølv, "bare mindre reflekterende, ”La Jeanloz til.
Dette resultatet kommer som en overraskelse da det alltid har vært antatt at massive trykk gjør det vanskeligere for elementer som hydrogen og helium å bli metalllignende. Dette er fordi de høye temperaturene på steder som Jupiters kjerne forårsaker økte vibrasjoner i atomer, og dermed avleder banene til elektronene som prøver å strømme i materialet. Hvis det ikke er elektronstrøm, blir materialet en isolator og kan ikke kalles "metall."
Imidlertid antyder disse nye funnene at atomvibrasjoner under denne typen trykk faktisk har den motintuitive effekten av å skape nye baner for elektronene å strømme. Plutselig blir den flytende helium ledende, noe som betyr at det er et metall.
I en annen vri antas det at det flytende heliummetallet lett kunne blandes med hydrogen. Planetisk fysikk forteller oss at dette ikke er mulig, hydrogen og helium skilles ut som olje og vann inne i gassgigantlegemene. Men Jeanloz 'team har funnet ut at de to elementene faktisk kunne blandes, og skapt en flytende metalllegering. Hvis dette skal være tilfelle, må noe alvorlig tenke over planetarisk utvikling.
Både Jupiter og Saturn frigjør mer energi enn sola gir, noe som betyr at begge planetene genererer sin egen energi. Den aksepterte mekanismen for dette er kondenserende heliumdråper som faller fra planetenes øvre atmosfære og til kjernen, og frigjør gravitasjonspotensialet når helium faller som "regn." Imidlertid, hvis denne undersøkelsen er bevist å være tilfelle, vil antagelig gassgigantinnredningen være mye mer homogen enn tidligere antatt, noe som betyr at det ikke kan være noen heliumdråper.
Så den neste oppgaven for Jeanloz og teamet hans er å finne en alternativ strømkilde som genererer varme i kjernene til Jupiter og Saturn (så ikke skriv om lærebøkene helt ennå ...)
Kilde: UC Berkeley
