• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
08.06.2022
Иван Лавренов
1
18 312

Ядро Юпитера оказалось частично растворенным в металлическом водороде

❋ 5.5

Ученые построили компьютерную модель юпитерианских недр, которая, наконец, достаточно хорошо сошлась с наблюдаемыми данными. Ядро Юпитера невелико, но оболочка из металлического водорода оказалась обогащенной тяжелыми элементами, концентрация которых плавно нарастает к центру планеты.

Изображение Юпитера, полученное космическим аппаратом «Юнона»
Изображение Юпитера, полученное космическим аппаратом «Юнона». © / NASA / Автор: Анастасия Кожевникова

Во внешней части Солнечной системы находятся планеты, разительно отличающиеся от нашей Земли. Привычной твердой поверхности у газовых гигантов нет, а вместо нее под облаками скрывается огромная толща газов и «льдов», испытывающая на себе сверхвысокие давления и температуры.

Согласно классической теории, газовые гиганты, к которым в нашей системе относятся Юпитер и Сатурн, состоят из трех слоев: массивной водородно-гелиевой оболочки, «мантии» из металлического водорода и сравнительно небольшого ядра из экзотических форм скал и льдов (Уран и Нептун теперь выделяют в отдельный класс — ледяные гиганты).

До недавнего времени проверить это было невозможно. Простейший способ узнать строение недр других планет — провести точное измерение гравитационного поля планеты с близкой орбиты и на его основе построить модель распределения материи внутри нее.

В XXI веке гравитационное поле гигантов, наконец, исследовали с помощью высокоточного отслеживания траектории орбитальных аппаратов — «Юноны» у Юпитера и «Кассини» у Сатурна. Предварительный анализ, вышедший в 2017 году, показал, что ранние представления о недрах Юпитера значительно расходятся с наблюдаемыми данными.

Оказалось, его ядро «растворено» в металлическом водороде: концентрация «металлов», к которым астрономы относят все элементы тяжелее гелия, при удалении от центра спадает постепенно и остается значительной примерно до половины радиуса планеты.

В новой работе международная группа, возглавляемая учеными из Нидерландского института космических исследований (SRON), провела повторное компьютерное моделирование недр Юпитера (препринт оригинальной статьи можно найти здесь). В этот раз они стремились найти самосогласованную модель, которая сможет достичь более точного совпадения как с результатами гравитационных исследований, так и с другими наблюдательными данными.

Выяснилось, что недра Юпитера разогреты чуть сильнее, чем предполагалось ранее. При этом полного их перемешивания не происходит, несмотря на «жидкое» состояние вещества. Поэтому температура облачного слоя ниже ожидаемой, а тяжелые элементы внутри планеты распределены неоднородно.

Предлагаемая модель строения недр Юпитера. Сверху вниз: оболочка из молекулярного водорода и гелия, область «гелиевого дождя», в которой гелий не растворим в водороде и выделяется в отдельную фазу, слой металлического водорода с повышенной металличностью, «растворенное ядро» с возрастающей к центру металличностью, твердое ядро, состоящее целиком из тяжелых элементов
Предлагаемая модель строения недр Юпитера. Подписи сверху вниз: оболочка из молекулярного водорода и гелия, область «гелиевого дождя», в которой гелий плохо растворим в водороде и выделяется в отдельную фазу, слой металлического водорода с повышенной концентрацией тяжелых элементов, «растворенное ядро» с возрастающей к центру металличностью, твердое ядро, состоящее целиком из тяжелых элементов / © препринт оригинальной статьи https://arxiv.org/pdf/2203.01866.pdf

Новые модели полностью исключают и четкий переход между ядром и мантией, и его противоположность — равномерно размешанные тяжелые элементы. Их концентрация постепенно нарастает при движении вглубь, что подтверждает гипотезу «растворенного ядра».

Если предположить, согласно предыдущим исследованиям, что общая масса тяжелых элементов в составе Юпитера составляет 24-28 земных (сам Юпитер в 318 раз массивнее Земли), картина получается следующая.

Масса внутреннего ядра Юпитера, состоящего только из тяжелых элементов, не превосходит семи, а, скорее всего, четырех земных масс. Еще две — в основном водяной пар, метан, аммиак и сероводород — находятся в верхних оболочках планеты, а остальное, 15-25 земных масс, распределено по нижней мантии из металлического водорода. Там, помимо «льдов», растворены «скалы» — то, что в обычных условиях является силикатами и железными сплавами.

Новая модель, в отличие от предыдущих, согласуется и с наблюдаемым содержанием тяжелых элементов в верхней атмосфере Юпитера. Кроме того, она подтвердила, что зональные пояса ветров, наблюдаемые в телескоп как полосы на диске Юпитера, простираются далеко вглубь планеты. Они прослеживаются до глубины трех тысяч километров, где давление составляет 100 тысяч атмосфер.

Модель позволяет прояснить и механизм попадания тяжелых элементов на Юпитер при его формировании. Больше всего она согласуется с бомбардировкой планетезималями километровых размеров, а не непрерывным потоком мелкого «щебня».

Отметим, что, помимо измерения гравитационного поля, есть другой метод исследования недр, который для газовых и ледяных гигантов годится так же, как для скалистых планет и звезд, — это сейсмология. Она дает куда более точные результаты, чем гравитационный.

Только в случае тел, не имеющих твердой поверхности, измерять надо не сотрясения, а непрерывные колебания газовых оболочек небесного тела. Будем надеяться, что когда-нибудь в атмосфере Юпитера и других гигантов появятся долгоживущие зонды, которые напрямую измерят их дыхание и пульс.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Сегодня, 11:17
Юлия Тарасова

Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.

Сегодня, 15:35
Губкинский университет

Исследования ученых РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина подтвердили, что технология производства авиационного топлива SAF из растительных лигноцеллюлозных отходов позволит снизить выбросы углекислого газа на 75% по сравнению с нефтяным керосином.

Сегодня, 08:01
Адель Романова

На стыке трех литосферных плит у Красного моря заметили необычный вулканический процесс: где-то магма поднимается равномерным потоком, где-то — по частям. По мнению геологов, такой «пульс» вызван тем, что в некоторых местах магма с большим трудом пытается пробиться на поверхность.

28 июня, 18:58
Игорь Байдов

За последние 30 лет размер трески, обитающей в Балтийском море, значительно уменьшился. Если раньше рыбаки вылавливали из воды особей размером с маленького ребенка, то теперь добытая рыба легко помещается в ладонях. Авторы нового исследования винят в этом человека, который заставил один из видов эволюционировать в «карликов».

27 июня, 09:47
Авдей Палиш

Снимки с фотоловушек давно стали культурным явлением. Особенно забавными выглядят медведи. Мы с удовольствием смотрим на зверей, попавших в объектив камер в национальных парках: тигр украл фотоловушку, муравьед проехал верхом на муравьеде и так далее. Но не все животные настолько обаятельные. Ученые из США решили развить эмпатию к гремучим змеям, которых многие боятся. Для этого специалисты запустили трансляцию из «мегалогова», где рептилии отдыхают и рожают потомство.

29 июня, 17:23
Людмила Соколова

Чтобы понять, как часто за пределами Солнечной системы встречаются миры, похожие на Землю, ученые из Калифорнийского университета (США) провели статистический анализ 517 экзопланет. Результаты показали, что всего три мира, включая наш, соответствуют критериям потенциальной обитаемости. Наиболее перспективными из них оказались Kepler-22b и Kepler-538b.

17 июня, 16:49
Адель Романова

Радиотелескопы уловили очень короткий сигнал, и по его характеристикам стало ясно, что он не может быть естественного происхождения. Астрономы пришли к выводу, что источник находился в околоземном пространстве — там, где уже более полувека летает «мертвый» аппарат NASA.

25 июня, 15:19
ФизТех

Группа российских ученых из Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и МФТИ провела детальное численное исследование источников шума, генерируемых крылом прототипа сверхзвукового бизнес-джета в режиме посадки. Эта работа, сочетающая передовые методы вычислительной гидродинамики и аэроакустики, впервые позволила с высокой точностью локализовать и охарактеризовать основные зоны шумообразования вблизи полноразмерной геометрии крыла модели прототипа сверхзвукового пассажирского самолета в посадочной конфигурации.

5 июня, 13:20
Александр Березин

Вид антилоп, с ледникового периода привыкший к массовым миграциям, пытается вернуться в свой исторический ареал, когда-то достигавший Днепра. Однако их нетипичные для травоядных привычки вызывают сильнейшее отторжение у сельских жителей, предлагающих массово уничтожать их с воздуха. С экологической точки зрения возвращение этих животных весьма желательно, но как примирить их с фермерами — неясно.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий
-
0
+
Зачем моделировать, если есть Солнце - источник многих типов излучений? Находясь в тени можно все наблюдать, а не гадать...
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Закрыть
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно