Какие профессии востребованы сегодня?
Подробнее
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
8 июня
Иван Лавренов
1
17 044

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

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
Вчера, 14:41
Мария Азарова

Эсминец, «который сражался, словно линкор» и затонул во время боя между американцами и японцами осенью 1944 года, покоится на глубине 6895 метров в Тихом океане.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

Вчера, 20:46
Мария Азарова

Авторы нового исследования решили ретроспективно измерить неравенство в отношении здоровья, сравнив смертность политиков со смертностью населения, которое они представляют.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

Вчера, 14:41
Мария Азарова

Эсминец, «который сражался, словно линкор» и затонул во время боя между американцами и японцами осенью 1944 года, покоится на глубине 6895 метров в Тихом океане.

Вчера, 20:46
Мария Азарова

Авторы нового исследования решили ретроспективно измерить неравенство в отношении здоровья, сравнив смертность политиков со смертностью населения, которое они представляют.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

2 июня
Алиса Гаджиева

Значительная часть научного сообщества отрицает само существование культуры Ацтатлан.

28 мая
Александр Березин

Флот продемонстрировал возможность наносить неперехватываемые ракетные удары на расстоянии, делающим его опасным для авианосных групп противника.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

2 недели назад
-
0
+
Зачем моделировать, если есть Солнце - источник многих типов излучений? Находясь в тени можно все наблюдать, а не гадать...
Подтвердить?
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
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
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: