Det indre af de to gasgiganter, Jupiter og Saturn, er temmelig ekstreme steder. Normalt når vi tænker på et flydende metal, har vi tanker om flydende kviksølv ved stuetemperatur (eller det genmonterede flydende metal T-1000 spillet af Robert Patrick i filmen Terminator 2) betragter vi sjældent to af de mest rigelige elementer i universet som et flydende metal under visse betingelser. Og alligevel hævder det, hvad et team af fysikere fra UC Berkley hævder; helium og brint kan blandes sammen, tvunget af det enorme tryk nær kerne i Jupiter og Saturn og danne en flydende metallegering og muligvis ændre vores opfattelse af, hvad der ligger under disse joviske storme ...
Normalt koncentrerer planetariske fysikere og kemikere det meste af deres opmærksomhed på egenskaberne ved det mest rigelige element i universet: brint. Faktisk er over 90% af både Jupiter og Saturn også brint. Men inden for disse gasgiganters atmosfærer er ikke det enkle hydrogenatom, det er den overraskende komplekse diatomiske brintgas (dvs. molekylært brint, H2). Så for at forstå dynamikken og arten af indersiden af de mest massive planeter i vores solsystem, undersøger forskere fra UC Berkley og London et langt enklere element; den næst mest rigelige gas i universet: helium.
Raymond Jeanloz, professor ved UC Berkeley, og hans team har afsløret et interessant træk ved helium ved de ekstreme pres, der kan udøves nær kerne i Jupiter og Saturn. Helium danner en metallisk flydende legering, når den blandes med brint. Denne tilstand af stof blev antaget at være sjælden, men disse nye fund antyder, at flydende metalheliumlegeringer kan være mere almindelige, end vi tidligere troede.
“Dette er et gennembrud med hensyn til vores forståelse af materialer, og det er vigtigt, fordi vi for at forstå den langsigtede udvikling af planeter, vi har brug for at vide mere om deres egenskaber inderst inde. Fundet er også interessant ud fra et synspunkt om at forstå, hvorfor materialer er som de er, og hvad der bestemmer deres stabilitet og deres fysiske og kemiske egenskaber.” - Raymond Jeanloz.
Jupiter udøver for eksempel et enormt pres på gasserne i dens atmosfære. På grund af dets store masse, kan man forvente et tryk på op til 70 millioner jordatmosfærer (nej, det er ikke nok til at starte fusion) ... hvilket skaber kernetemperaturer mellem 10.000 og 20.000 K (det er 2-4 gange varmere end Solens fotosfære!). Så helium blev valgt som element til at studere under disse ekstreme forhold, en gas, der udgør 5-10% af universets observerbare stof.
Ved hjælp af kvantemekanik til at beregne heliums opførsel under forskellige ekstreme tryk og temperaturer fandt forskerne, at helium vil blive til et flydende metal ved meget højt tryk. Normalt betragtes helium som en farveløs og gennemsigtig gas. Under jordatmosfære er dette sandt. Det bliver dog til en helt anden væsen ved 70 millioner jordatmosfærer. I stedet for at være en isolerende gas, bliver det til et ledende flydende metalstof, mere som kviksølv, "kun mindre reflekterende, ”Tilføjede Jeanloz.
Dette resultat kommer som en overraskelse, da det altid har været tænkt, at massive tryk gør det vanskeligere for elementer som brint og helium at blive metallignende. Dette skyldes, at de høje temperaturer på steder som Jupiters kerne medfører øgede vibrationer i atomer, hvilket således afleder vejene for elektroner, der prøver at strømme i materialet. Hvis der ikke er nogen elektronstrøm, bliver materialet en isolator og kan ikke kaldes et ”metal”.
Imidlertid antyder disse nye fund, at atomvibrationer under denne slags tryk faktisk har den modintuitive virkning af at skabe nye veje for elektronerne til at strømme. Pludselig bliver den flydende helium ledende, hvilket betyder, at det er et metal.
I en anden vri menes det, at det flydende heliummetal let kunne blandes med brint. Planetfysik fortæller os, at dette ikke er muligt, brint og helium adskilles som olie og vand inde i gasgigantlegemerne. Men Jeanloz 'team har fundet, at de to elementer rent faktisk kunne blandes og skabe en flydende metallegering. Hvis dette skal være tilfældet, skal der tages nogle alvorlige tanker om planetarisk udvikling.
Både Jupiter og Saturn frigiver mere energi, end solen giver, hvilket betyder, at begge planeter genererer deres egen energi. Den accepterede mekanisme til dette er kondenserende heliumdråber, der falder fra planetenes øvre atmosfære og til kernen, hvilket frigiver gravitationspotentiale, når helium falder som "regn." Men hvis denne undersøgelse viser sig at være tilfældet, vil gasgigantens indre sandsynligvis være meget mere homogen end tidligere antaget, hvilket betyder, at der ikke kan være nogen heliumdråber.
Så den næste opgave for Jeanloz og hans team er at finde en alternativ strømkilde, der genererer varme i kernerne i Jupiter og Saturn (så lad ikke skrive om lærebøgerne endnu ...)
Kilde: UC Berkeley
