לפני כמעט חמישה מיליארד שנה נוצרו כוכבי הלכת הגזים הענקיים צדק ושבתאי, ככל הנראה בדרכים שונות באופן קיצוני.
כך אומר מדען במעבדה הלאומית של לוס אלמוס באוניברסיטת קליפורניה, שיצר מודלים ממוחשבים ממצים המבוססים על ניסויים שבהם המום מימן היה המום בלחצים כמעט גדולים כמו אלה שנמצאו בתוך שני כוכבי הלכת.
בעבודה עם עמית צרפתי, דידייה סאומון, מהמחלקה לפיזיקה יישומית של לוס אלמוס, יצר מודלים המראים כי אלמנטים כבדים מרוכזים בגרעין המסיבי של שבתאי, ואילו אותם אלמנטים מעורבבים בכל צדק, עם מעט מאוד מרכזי או בלי בכלל. המחקר, שפורסם בכתב העת Astrophysical השבוע, הראה כי אלמנטים עקשן כמו ברזל, סיליקון, פחמן, חנקן וחמצן מרוכזים בליבה של שבתאי, אך הם מופצים ביופיטר, מה שמוביל להשערה שהם נוצרו בתהליכים שונים.
סאמון אסף נתונים מכמה ניסויים שנעשו לאחרונה בדחיסת זעזועים שהראו כיצד המימן מתנהג בלחצים גדולים פי מיליון מהלחץ האטמוספרי, ומתקרבים לאלו שנמצאים בענקיות הגז. ניסויים אלה - שבוצעו במהלך השנים האחרונות במעבדות לאומיות בארצות הברית וברוסיה - אפשרו לראשונה מדידות מדויקות של מה שמכונה משוואת המצב של נוזלים פשוטים, כמו מימן, בלחץ גבוה וצפיפות גבוהה. תחום בו מתרחשת יינון עבור דאוטריום, האיזוטופ עשוי אטום מימן עם נויטרון נוסף.
בעבודה עם T. Guillot מ Observatoire de la Cote d'Azur, צרפת, פיתח סיימון כ- 50,000 דגמים שונים של המבנים הפנימיים של שני כוכבי הלכת הגזים הענקיים שכללו כל וריאציה אפשרית שמותרת על ידי תצפיות אסטרופיזיות וניסויים במעבדה.
"נתונים מסוימים מבדיקות פלנטאריות קודמות העניקו לנו מידע עקיף על המתרחש בתוך שבתאי ויופיטר, וכעת אנו מקווים ללמוד יותר ממשימת קסיני שהגיעה זה עתה למסלולו של שבתאי," אמר סאומון. "בחרנו רק בדגמי המחשב המתאימים לתצפיות הפלנטריות."
יופיטר, סטורן ושאר כוכבי הלכת הענקיים מורכבים מגזים, כמו השמש: הם כ 70 אחוז מימן על פי המסה, כאשר השאר רובם הליום וכמויות קטנות של יסודות כבדים יותר. לכן, קשה היה לחשב את המבנים הפנימיים שלהם מכיוון שלא ניתן היה להבין היטב את משוואת המצב של מימן בלחצים גבוהים.
סיימון וגילו אילצו את דגמי המחשבים שלהם עם נתונים מניסויי הדויטריום, ובכך הפחיתו את אי הוודאות הקודמות למשוואת מצב המימן, שהוא המרכיב המרכזי הדרוש לשיפור המודלים של מבני כוכבי הלכת ואופן התהוותם.
"ניסינו לכלול כל וריאציה אפשרית שעשויה להיות מותרת על פי הנתונים הניסויים על דחיסת זעזועים של דאוטריום," הסביר סאומון.
על ידי הערכת הסכום הכולל של היסודות הכבדים והתפלגותם בתוך יופיטר ושבתאי, הדגמים מספקים תמונה טובה יותר של האופן שבו כוכבי הלכת נוצרו באמצעות התקרחות המימן, הליום והיסודות המוצקים מהערפילית שהסתובבו סביב השמש לפני מיליארדי שנים. .
"הייתה הסכמה כללית כי ליבותיהם של שבתאי ויופיטר שונות", אמר סאומון. "מה שחדש כאן הוא עד כמה הדגמים האלה ממצים. הצלחנו לחסל או לכמת רבים מאי הוודאות, כך שיש לנו אמון טוב בהרבה בתחום שבו הנתונים יימצאו בפועל לגבי מימן, ולכן למתכות העקשניות ואלמנטים אחרים.
"למרות שאיננו יכולים לומר שהמודלים שלנו מדויקים, אנו יודעים היטב עד כמה הם לא מדויקים," הוסיף.
תוצאות אלה מהדגמים יסייעו בהנחיית המדידות שייעשה על ידי קאסיני ובדיקות חלל בין-כוכביות שהוצעו ליופיטר בעתיד.
המעבדה הלאומית של לוס אלמוס מופעלת על ידי אוניברסיטת קליפורניה עבור המינהל הלאומי לביטחון גרעיני (NNSA) של מחלקת האנרגיה האמריקאית ועובדת בשיתוף עם המעבדות הלאומיות של Sandia ו- Lawrence Livermore לתמיכה ב- NNSA במשימתה.
לוס אלמוס מפתחת ומיישמת מדע וטכנולוגיה כדי להבטיח את בטיחותם ואת אמינותה של ההרתעה הגרעינית בארה"ב; להפחית את האיום של נשק להשמדה המונית, ריבוי וטרור; ולפתור בעיות לאומיות בתחום הביטחון, האנרגיה, הסביבה והתשתיות.
המקור המקורי: מהדורת החדשות של לוס אלמוס
