Гелиевый дождь в жидком водороде: Странный климат на Юпитере
Ученые считают, что гелиевые дожди на Юпитере — лучший способ объяснить недостаток неона в верхних слоях крупнейшей в Солнечной системе планеты. Неон легко растворяется в каплях жидкого гелия и падает в глубины газового гиганта. Это прекрасно согласуется с данными наблюдений, которые свидетельствуют, что в верхних слоях Юпитера действительно наблюдается дефицит обоих этих легких элементов.
Впрочем, профессор Бакхард Милитцер (Burkhard Militzer), один из авторов этой гипотезы, замечает, что «дождь» — лишь не слишком точная аналогия для описания происходящего в атмосфере Юпитера. Здесь капли гелия конденсируются на высоте 10−13 тыс. км над самыми высокими облаками, состоящими из водорода, при температуре и давлении настолько высоких, что «даже трудно сказать, находятся ли водород и гелий в жидкой или газообразной форме». В общем, жидкие капли гелия в смеси с неоном «текут» вниз сквозь облака жидкого водорода. Примерно так.
Эта модель позволяет уточнить наши представления о внутреннем устройстве Юпитера и других газовых гигантов. Действительно, пока мы можем лишь строить предположения о том, как водород и гелий, два вещества, составляющих львиную долю массы таких планет, ведут себя при колоссальных температуре и давлении, которые существуют в их недрах. Максимальные величины, которые пока можно получить в лаборатории, соответствуют разве что земному ядру, и еще очень далеки от значений, которых температура и давление должны достигать в «сердцах» газовых гигантов.
Проведенное Милитцером в прошлом году компьютерное моделирование позволило сделать вывод, что Юпитер имеет каменистое ядро, окруженное толстым слоем твердого метана, воды и аммиака.
Теперь же ученый отталкивался от данных, полученных зондом Galileo, который героически погиб, ринувшись в недра Юпитера и передавая данные о температуре, давлении и химическом составе — пока не был раздавлен колоссальным давлением его атмосферы. Так было показано, что состав атмосферы Юпитера примерно соответствует солнечной, с некоторым избытком большинства элементов. За исключением гелия и неона: к примеру, неона здесь оказалось не более 0,1 от его содержания на Солнце.
По мнению Милитцера, единственный способ «удалить» часть неона из верхних слоев атмосферы планеты — переместить его вниз, в смеси с жидким гелием, в котором неон отлично растворяется. Расчеты показали, что на высоте 10−13 тыс. км, где температура достигает 5 тыс. градусов Цельсия, а давление в 1−2 млн раз выше атмосферного на Земле, водород приобретает свойства металла, а гелий — нет. Он не смешивается с водородом, образуя в нем отдельные капли, как масло в воде. В этих каплях неон легко растворяется и пропадает в недрах гиганта Юпитера. Показательно, что количественные результаты расчетов Милитцера и его коллег хорошо согласуются с имеющимися данными наблюдений о концентрациях разных элементов в верхней атмосфере планеты.
Стоит сказать, что на других планетах нередко встречаются дожди из соединений, совершенно необычных для нашей атмосферы. На Титане дождем проливается метан («Погода на Титане»), на планете COROT-7b — соединения, которые на Земле составляют каменистые породы («Каменный дождь»)... а в ядре Меркурия и вовсе падает «Железный снег».
По пресс-релизу UC Berkeley