Interiören i de två gasjättarna, Jupiter och Saturn, är ganska extrema platser. Vanligtvis när vi tänker på en flytande metall, har vi tankar om flytande kvicksilver vid rumstemperatur (eller den återmonterande flytande metallen T-1000 som Robert Patrick spelar i filmen Terminator 2), anser vi sällan att två av de vanligaste elementen i universum är en flytande metall under vissa förhållanden. Och ändå, detta är vad ett team av fysiker från UC Berkley hävdar; helium och väte kan blandas ihop, tvingas av det massiva trycket nära kärnorna i Jupiter och Saturnus, bilda en flytande metalllegering, och eventuellt förändra vår uppfattning om vad som ligger under dessa joviska stormar ...
Vanligtvis fokuserar planetfysiker och kemister större delen av sin uppmärksamhet på egenskaperna hos det vanligaste elementet i universum: väte. Över 90% av både Jupiter och Saturn är väte också. Men inom dessa gasgigantens atmosfärer är inte den enkla väteatomen, det är den förvånansvärt komplexa diatomiska vätgas (dvs. molekylärt väte, H2). Så för att förstå dynamiken och naturen hos insidan av de mest massiva planeterna i vårt solsystem undersöker forskare från UC Berkley och London ett mycket enklare element; den näst rikligaste gasen i universum: helium.
Raymond Jeanloz, professor vid UC Berkeley, och hans team har upptäckt ett intressant kännetecken för helium vid de extrema tryck som kan utövas nära kärnorna i Jupiter och Saturn. Helium bildar en metallisk flytande legering när den blandas med väte. Detta tillstånd av materia ansågs vara sällsynt, men dessa nya resultat tyder på att heliumlegeringar med flytande metall kan vara vanligare än vi tidigare trodde.
“Detta är ett genombrott när det gäller vår förståelse av material, och det är viktigt eftersom vi måste veta mer om deras egenskaper långt ner för att förstå den långsiktiga utvecklingen av planeter. Fyndet är också intressant med tanke på att förstå varför material är som de är, och vad som bestämmer deras stabilitet och deras fysikaliska och kemiska egenskaper”. - Raymond Jeanloz.
Jupiter utövar till exempel ett enormt tryck på gaserna i atmosfären. På grund av den stora massan kan man förvänta sig tryck upp till 70 miljoner jordatmosfärer (nej, det räcker inte för att starta fusion ...), vilket skapar kärntemperaturer mellan 10.000 och 20.000 K (det är 2-4 gånger varmare än Solens fotosfär!). Så helium valdes som elementet att studera under dessa extrema förhållanden, en gas som utgör 5-10% av universumets observerbara materia.
Med hjälp av kvantmekanik för att beräkna heliums beteende under olika extrema tryck och temperaturer fann forskarna att helium förvandlas till en flytande metall vid mycket högt tryck. Vanligtvis betraktas helium som en färglös och transparent gas. Under jordatmosfärförhållanden är detta sant. Men det förvandlas till en helt annan varelse på 70 miljoner jordatmosfärer. I stället för att vara en isolerande gas förvandlas den till ett ledande flytande metallämne, mer som kvicksilver, "bara mindre reflekterande, ”Tilllade Jeanloz.
Detta resultat kommer som en överraskning eftersom det alltid har trott att massiva tryck gör det svårare för element som väte och helium att bli metallliknande. Detta beror på att de höga temperaturerna på platser som Jupiters kärna orsakar ökade vibrationer i atomer och därmed avleder vägarna för elektroner som försöker strömma i materialet. Om det inte finns något elektronflöde blir materialet en isolator och kan inte kallas ”metall”.
Dessa nya resultat tyder emellertid på att atomvibrationer under sådana tryck faktiskt har den motintuitiva effekten av att skapa nya vägar för elektronerna att flyta. Plötsligt blir den flytande helium ledande, vilket betyder att det är en metall.
I en annan twist antas att den flytande heliummetallen lätt kan blandas med väte. Planetfysiken säger att detta inte är möjligt, väte och helium separeras som olja och vatten i gasjättkropparna. Men Jeanlozs team har funnit att de två elementen faktiskt kan blandas och skapa en flytande metalllegering. Om detta ska vara fallet måste något allvarligt tänka på planetutvecklingen göras.
Både Jupiter och Saturn släpper mer energi än solen ger vilket innebär att båda planeterna genererar sin egen energi. Den accepterade mekanismen för detta är kondensering av heliumdroppar som faller från planetens övre atmosfär och till kärnan, vilket frigör gravitationspotential när helium faller som "regn." Men om det visar sig att denna forskning är fallet, kommer gasjättens inre sannolikt att vara mycket mer homogen än tidigare trott, vilket innebär att det inte kan finnas några heliumdroppar.
Så nästa uppgift för Jeanloz och hans team är att hitta en alternativ kraftkälla som genererar värme i kärnorna i Jupiter och Saturn (så gå inte att skriva om läroböckerna ännu ...)
Källa: UC Berkeley
