Почти 40 лет назад ученые впервые предсказали существование гелиевого дождя внутри планет, состоящих в основном из водорода и гелия, таких как Юпитер и Сатурн. Однако достичь экспериментальных условий, необходимых для подтверждения этой гипотезы, было невозможно — до сих пор.
Как стало известно aobe.ru, в статье, опубликованной сегодня журналом Nature, ученые раскрывают экспериментальные данные, подтверждающие это давнее предсказание, показывая, что гелиевый дождь возможен в диапазоне условий давления и температуры, которые отражают ожидаемые внутри этих планет.
«Мы обнаружили, что гелиевый дождь существует и может происходить как на Юпитере, так и на Сатурне», — сказал Мариус Миллот, физик из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) и соавтор публикации. «Это важно, чтобы помочь ученым-планетологам расшифровать, как эти планеты сформировались и эволюционировали, что имеет решающее значение для понимания того, как образовалась солнечная система».
«Юпитер особенно интересен, потому что считается, что он помог защитить внутреннюю часть планеты, где сформировалась Земля», — добавил Раймонд Жанло, соавтор и профессор науки о Земле, планетах и астрономии в Калифорнийском университете в Беркли.
Команда использовала ячейки с алмазными наковальнями для сжатия смеси водорода и гелия до 4 гигапаскалей (ГПа; примерно в 40 000 раз больше земной атмосферы). Затем ученые использовали 12 гигантских лучей омега-лазера LLE для запуска сильных ударных волн, чтобы еще больше сжать образец до конечных давлений 60–180 ГПа и нагреть его до нескольких тысяч градусов. Подобный подход был ключом к открытию суперионного водяного льда.
Используя серию сверхбыстрых диагностических инструментов, команда измерила скорость удара, оптическую отражательную способность ударно-сжатого образца и его тепловое излучение, обнаружив, что отражательная способность образца не увеличивается плавно с увеличением ударного давления, как в большинстве образцов. исследователи изучали аналогичные измерения. Вместо этого они обнаружили разрывы в наблюдаемом сигнале отражательной способности, которые указывают на резкое изменение электропроводности образца, что является признаком разделения смеси гелия и водорода.
Численное моделирование этого процесса расслоения является сложной задачей из-за тонких квантовых эффектов. Эти эксперименты служат важным ориентиром для теории и численного моделирования. Забегая вперед, команда продолжит совершенствовать измерения и распространить их на другие составы, продолжая стремиться к улучшению нашего понимания материалов в экстремальных условиях.