• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
08.06.2022, 20:04
Иван Лавренов
1
18 325

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
Предстоящие мероприятия
18 июля, 13:46
Росатом

В музее «Атом» на ВДНХ в Москве 16 июля 2025 года подписали соглашение о вступлении Института ядерной физики Академии наук Республики Узбекистан (ИЯФ АН РУз) в Консорциум многоцелевого исследовательского реактора четвертого поколения МБИР.

18 июля, 12:44
ПНИПУ

Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.

18 июля, 11:48
Юлия Тарасова

Не секрет, что занятия спортом под музыку приятнее и помогают повысить продуктивность тренировок. В новом исследовании итальянские ученые на примере силовых упражнений показали, какая именно музыка лучше подходит для таких целей.

15 июля, 11:00
НИУ ВШЭ

В Институте искусственного интеллекта и цифровых наук ФКН НИУ ВШЭ предложили новый подход, основанный на современных методах машинного обучения, для определения генетического происхождения человека. Графовые нейросети позволяют с высокой точностью различать даже очень близкие популяции.

16 июля, 16:10
Александр Березин

Антропологи попробовали выяснить, насколько пиво и вина связаны со становлением цивилизации. По их мнению, влияние скорее положительное, однако некоторые тезисы в этой же научной работе ставят такую связь под сомнение.

18 июля, 13:46
Росатом

В музее «Атом» на ВДНХ в Москве 16 июля 2025 года подписали соглашение о вступлении Института ядерной физики Академии наук Республики Узбекистан (ИЯФ АН РУз) в Консорциум многоцелевого исследовательского реактора четвертого поколения МБИР.

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.

2 июля, 11:17
Юлия Тарасова

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

12 июля, 22:10
Редакция Naked Science

Лето 2025 обещает насыщенную линейку научно-фантастических сериалов на ведущих стриминговых платформах. От адаптаций культовых романов до масштабных космических одиссей — мы отобрали проекты, на которые стоит обратить внимание.

[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