Divu gāzes gigantu - Jupitera un Saturna - interjeri ir diezgan ekstrēmas vietas. Parasti, domājot par šķidru metālu, mums rodas domas par šķidru dzīvsudrabu istabas temperatūrā (vai par atkārtoti saliekamo šķidro metālu T-1000, ko filmā spēlē Roberts Patriks) 2. terminators), reti mēs divus visbagātākos elementus Visumā noteiktos apstākļos uzskatām par šķidru metālu. Un tomēr, tieši to apgalvo UC Berkley fiziķu komanda; hēlijs un ūdeņradis var sajaukties kopā, ko pieliek lielais spiediens netālu no Jupitera un Saturna serdeņiem, veidojot šķidra metāla sakausējumu, iespējams, mainot mūsu uztveri par to, kas atrodas zem šīm Jovijas vētrām…
Parasti planētu fiziķi un ķīmiķi lielāko uzmanību pievērš Visuma visbagātākā elementa - ūdeņraža - īpašībām. Patiešām, vairāk nekā 90% no Jupitera un Saturna ir arī ūdeņradis. Bet šajos gāzes giganta atmosfēros nav vienkāršais ūdeņraža atoms, tā ir pārsteidzoši sarežģītā diatomiskā ūdeņraža gāze (t.i., molekulārais ūdeņradis, H2). Tātad, lai izprastu mūsu Saules sistēmas masveidīgāko planētu iekšpuses dinamiku un raksturu, pētnieki no UC Berkley un Londonas aplūko daudz vienkāršāku elementu; otrā visbagātākā gāze Visumā: hēlijs.
Raymond Jeanloz, UC Berkeley profesors un viņa komanda ir atklājuši interesantu hēlija īpašību pie galējā spiediena, ko var izdarīt netālu no Jupitera un Saturna kodoliem. Hēlijs, sajaucot ar ūdeņradi, veidos metālisku šķidru sakausējumu. Šis matērijas stāvoklis tika uzskatīts par retu, taču šie jaunie atklājumi liek domāt, ka šķidru metālu hēlija sakausējumi var būt biežāki, nekā mēs iepriekš domājām.
“Tas ir sasniegums izpratnē par materiāliem, un tas ir svarīgi, jo, lai izprastu planētu ilgtermiņa attīstību, mums vairāk jāzina par to īpašībām dziļi. Atklājums ir interesants arī no izpratnes viedokļa, kāpēc materiāli ir tādi, kādi tie ir, un kas nosaka to stabilitāti un fizikālās un ķīmiskās īpašības. ” - Reimonds Žanlozs.
Piemēram, Jupiters atmosfērā rada milzīgu spiedienu uz gāzēm. Tā kā tā ir liela masa, var sagaidīt spiedienu līdz 70 miljoniem Zemes atmosfēras (nē, tas nav pietiekami, lai sāktu saplūšanu…), radot temperatūru no 10 000 līdz 20 000 K (tas ir 2–4 reizes karstāks nekā Saules fotosfēra!). Tātad hēlijs tika izvēlēts par pētījumu elementu šajos ekstremālos apstākļos - gāze, kas veido 5-10% no Visuma novērojamās vielas.
Izmantojot kvantu mehāniku, lai aprēķinātu hēlija izturēšanos dažādos ekstrēmos spiedienos un temperatūrās, pētnieki atklāja, ka hēlijs ļoti augstā spiedienā pārvērtīsies par šķidru metālu. Parasti hēliju domā par bezkrāsainu un caurspīdīgu gāzi. Zemes atmosfēras apstākļos tā ir taisnība. Tomēr tas pārvēršas par pavisam citu radījumu pie 70 miljoniem Zemes atmosfēras. Tā vietā, lai būtu izolējoša gāze, tā pārvēršas par vadošu šķidru metālu vielu, vairāk kā dzīvsudrabs, “tikai mazāk atstarojošs, ”Piebilda Žanlozs.
Šis rezultāts ir pārsteigums, jo vienmēr ir ticis uzskatīts, ka milzīgs spiediens apgrūtina tādiem elementiem kā ūdeņradis un hēlijs kļūt līdzīgiem metāliem. Tas ir tāpēc, ka augsta temperatūra tādās vietās kā Jupitera kodols izraisa paaugstinātu vibrāciju atomos, tādējādi novirzot elektronu ceļus, kas mēģina plūst materiālā. Ja nav elektronu plūsmas, materiāls kļūst par izolatoru un to nevar saukt par “metālu”.
Tomēr šie jaunie atklājumi liek domāt, ka atomu vibrācijām šāda veida spiedienos faktiski ir pretēji intuitīvs efekts, kas rada jaunus ceļus elektronu plūdumam. Pēkšņi šķidrā hēlija kļūst vadoša, kas nozīmē, ka tas ir metāls.
Citā līkločā tiek uzskatīts, ka hēlija šķidrais metāls varētu viegli sajaukties ar ūdeņradi. Planētu fizika mums saka, ka tas nav iespējams, ūdeņradis un hēlijs atdalās tāpat kā eļļa un ūdens gāzes milzu ķermeņos. Bet Žanloza komanda ir atklājusi, ka abi elementi faktiski varētu sajaukties, izveidojot šķidra metāla sakausējumu. Ja tas tā ir, ir jāveic nopietna planētas evolūcijas pārdomāšana.
Gan Jupiters, gan Saturns izdala vairāk enerģijas nekā Saule, kas nozīmē, ka abas planētas ģenerē savu enerģiju. Tam pieņemtais mehānisms ir kondensējoši hēlija pilieni, kas nokrīt no planētas augšējās atmosfēras un uz serdi, atbrīvojot gravitācijas potenciālu, kad hēlijs nokrīt kā “lietus”. Tomēr, ja tiek pierādīts, ka šis pētījums notiek, gāzes giganta interjers, iespējams, ir daudz viendabīgāks, nekā tika domāts iepriekš, tas nozīmē, ka hēlija pilienu nevar būt.
Nākamais Žanloza un viņa komandas uzdevums ir atrast alternatīvu enerģijas avotu, kas ģenerē siltumu Jupitera un Saturna kodolos (tāpēc nedomājiet vēlreiz pārrakstīt mācību grāmatas ...)
Avots: UC Berkeley
