For næsten fem milliarder år siden dannede de kæmpe gasformige planeter Jupiter og Saturn tilsyneladende på radikalt forskellige måder.
Så siger en videnskabsmand ved University of Californiens Los Alamos National Laboratory, der skabte udtømmende computermodeller baseret på eksperimenter, hvor elementet brint var chokeret for tryk næsten lige så stort som dem, der findes inde i de to planeter.
I samarbejde med en fransk kollega skabte Didier Saumon fra Los Alamos 'Applied Physics Division modeller, der konstaterede, at tunge elementer er koncentreret i Saturns massive kerne, mens de samme elementer er blandet i hele Jupiter, med meget lidt eller ingen central kerne overhovedet. Undersøgelsen, der blev offentliggjort i denne uges Astrophysical Journal, viste, at ildfaste elementer som jern, silicium, kulstof, nitrogen og ilt koncentreres i Saturns kerne, men diffunderes i Jupiter, hvilket fører til en hypotese om, at de blev dannet gennem forskellige processer.
Saumon indsamlede data fra adskillige nylige chokkomprimeringseksperimenter, der har vist, hvordan brint opfører sig ved tryk, der er en million gange større end atmosfæretrykket, og nærmer sig dem, der findes i gasgiganterne. Disse eksperimenter - udført i løbet af de seneste år på amerikanske nationale laboratorier og i Rusland - har for første gang tilladt nøjagtige målinger af den såkaldte ligning af tilstanden for enkle væsker, såsom brint, inden for højtrykket og høj densitet hvor ionisering finder sted for deuterium, isotopen lavet af et hydrogenatom med en yderligere neutron.
I samarbejde med T. Guillot fra Observatoire de la Cote d’Azur, Frankrig, udviklede Saumon omkring 50.000 forskellige modeller af de indre strukturer i de to gigantiske gasformige planeter, der omfattede enhver mulig variation tilladt ved astrofysiske observationer og laboratorieeksperimenter.
”Nogle data fra tidligere planetariske prober gav os indirekte oplysninger om, hvad der finder sted inde i Saturn og Jupiter, og nu håber vi på at lære mere fra Cassini-missionen, der netop ankom i Saturns bane,” sagde Saumon. ”Vi valgte kun de computermodeller, der passer til planetariske observationer.”
Jupiter, Saturn og de andre gigantiske planeter består af gasser, ligesom solen: De er omkring 70 procent brint i masse, med resten for det meste helium og små mængder tungere elementer. Derfor var deres indre strukturer vanskelige at beregne, fordi brintets ligning af tilstand ved høje tryk ikke var godt forstået.
Saumon og Guillot begrænsede deres computermodeller med data fra deuterium-eksperimenterne og reducerede derved tidligere usikkerhedsmomenter for ligningen af brinttilstand, som er den centrale ingrediens, der er nødvendig for at forbedre modeller af planternes strukturer og hvordan de dannede sig.
”Vi forsøgte at inkludere alle mulige variationer, der måtte være tilladt af de eksperimentelle data om stødkomprimering af deuterium,” forklarede Saumon.
Ved at estimere den samlede mængde af de tunge elementer og deres fordeling inde i Jupiter og Saturn giver modellerne et bedre billede af, hvordan planeterne dannet gennem opsamlingen af brint, helium og faste elementer fra tågen, der virvlede rundt om solen for milliarder af år siden .
”Der har været generel enighed om, at kernerne i Saturn og Jupiter er forskellige,” sagde Saumon. ”Det, der er nyt her, er, hvor udtømmende disse modeller er. Vi har formået at eliminere eller kvantificere mange af usikkerhederne, så vi har meget bedre tillid til det interval, inden for hvilket de faktiske data vil falde for brint, og derfor for de ildfaste metaller og andre elementer.
”Selvom vi ikke kan sige, at vores modeller er præcise, ved vi ganske godt, hvor upræcise de er,” tilføjede han.
Disse resultater fra modellerne vil hjælpe med at guide målinger, der skal udføres af Cassini og fremtidige foreslåede interplanetære rumfonde til Jupiter.
Los Alamos National Laboratory drives af University of California for National Nuclear Security Administration (NNSA) fra U.S. Department of Energy og arbejder i partnerskab med NNSAs Sandia og Lawrence Livermore nationale laboratorier for at støtte NNSA i dens mission.
Los Alamos udvikler og anvender videnskab og teknologi for at sikre sikkerheden og pålideligheden af den amerikanske nukleare afskrækkelse; mindske truslen om masseødelæggelsesvåben, spredning og terrorisme og løse nationale problemer inden for forsvar, energi, miljø og infrastruktur.
Original kilde: Los Alamos nyhedsmeddelelse
