50億年近く前、巨大なガス惑星、木星と土星が、明らかに根本的に異なる方法で形成されました。
カリフォルニア大学ロスアラモス国立研究所の科学者は、水素元素が2つの惑星内で見られる圧力とほぼ同じ圧力に衝撃を与えた実験に基づいて、完全なコンピュータモデルを作成したと述べています。
ロスアラモスの応用物理学部のディディエサウモンは、フランス人の同僚と協力して、重い要素が土星の巨大なコアに集中しているのに対し、同じ要素が中央コアがほとんどまたはまったくない木星全体に混在していることを証明するモデルを作成しました。今週のAstrophysical Journalで発表されたこの研究は、鉄、シリコン、炭素、窒素、酸素などの耐火性元素が土星のコアに集中しているが、木星に拡散しているため、異なるプロセスを介して形成されたという仮説を導きました。
Saumonは最近のいくつかの衝撃圧縮実験からデータを収集しました。これは、大気圧より100万倍も高い圧力で水素がどのように振る舞い、ガスジャイアントに存在する圧力に近づいていることを示しています。これらの実験–過去数年間にわたって米国の国立研究所およびロシアで行われた–により、高圧および高密度内での水素などの単純流体のいわゆる状態方程式の正確な測定が初めて可能になりました重水素のイオン化が発生する領域。追加の中性子を含む水素原子でできた同位体。
フランスのコートダジュール観測所のT.ギヨと協力して、サウモンは2つの巨大ガス惑星の内部構造の約50,000種類のモデルを開発しました。このモデルには、天体物理学的観測と実験室実験で許容されるあらゆる変化が含まれています。
「初期の惑星探査からのいくつかのデータは、土星と木星の内部で何が起こっているかについての間接的な情報を私たちに与えました、そして今、私たちは土星の軌道に到着したばかりのカッシーニのミッションからもっと学びたいと思っています」とソーモンは言った。 「惑星の観測に適合するコンピューターモデルのみを選択しました。」
木星、土星、その他の巨大惑星は、太陽のようなガスで構成されています。それらは質量で約70％の水素で、残りはほとんどがヘリウムと少量の重い元素です。そのため、高圧での水素の状態方程式が十分に理解されていなかったため、内部構造の計算は困難でした。
SaumonとGuillotは、重水素実験のデータでコンピューターモデルを制約し、それにより、水素の状態方程式の以前の不確実性を減らしました。水素の状態方程式は、惑星の構造とそれらがどのように形成されたかのモデルを改善するために必要な中心的な要素です。
「重水素の衝撃圧縮に関する実験データによって許容される可能性のあるすべての可能な変動を含めようとしました」とSaumonは説明しました。
重元素の合計量と木星と土星内のそれらの分布を推定することにより、モデルは、何十億年も前に太陽の周りを渦巻く星雲から水素、ヘリウム、固体元素が降着して惑星がどのように形成されたかをよりよく描写します。
「土星と木星のコアが異なるという一般的な合意があった」とサウモンは言った。 「ここでの新機能は、これらのモデルがどれほど網羅的であるかです。多くの不確実性を排除または定量化できたので、実際のデータが水素について、したがって高融点金属やその他の元素についても、その範囲内での信頼性が大幅に向上しました。
「モデルが正確であるとは言えませんが、モデルがどれほど不正確であるかはよくわかっています」と彼は付け加えた。
モデルからのこれらの結果は、カッシーニおよび将来提案される惑星間宇宙探査機が木星に取るべき測定を導くのに役立ちます。
ロスアラモス国立研究所は、米国エネルギー省の国家核安全保障局（NNSA）のためにカリフォルニア大学によって運営されており、NNSAのサンディアおよびローレンスリバモア国立研究所と協力して、NNSAの使命を支援しています。
Los Alamosは、米国の核抑止力の安全性と信頼性を確保するために、科学と技術を開発および適用しています。大量破壊兵器、核拡散、テロの脅威を減らす。防衛、エネルギー、環境、インフラにおける国家問題を解決する。
元のソース：Los Alamosニュースリリース
