Учёные смоделировали внутреннюю структуру Юпитера и Сатурна

В скором времени представления о внутренней структуре Юпитера и Сатурна могут сильно изменится. С помощью компьютерного моделирования, учёные из Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) и University of Illinois at Urbana-Champaign воссоздали поведение гелий-водородных сред, которые находятся внутри этих планет, и определили температуру при заданном давлении, при которой гелий не смешивается с превращающимся в твёрдое вещество водородом.

Водород и гелий – это самые лёгкие и самые распространённые элементы во Вселенной. В связи со своими свойствами, они являются важнейшими элементами для реакций ядерного синтеза, которые происходят в звёздах. Водород во всей обозримой Вселенной является ключевым элементом для образования крупномасштабных структур, таких как галактики. Но до недавнего времени, учёные не могли определить какие условия нужны для смешивания двух элементов.

В новом исследовании учёные использовали молекулярно динамическую компьютерную симуляцию, чтобы определить состояние водородно-гелиевой смеси при очень высоких температурах – 4000 – 10000 градусов по Кельвину (шкала Кельвина отличается от шкалы Цельсия на 273 градуса, при этом 0 по Кельвину равен -273 градусам по Цельсию) – при таких температурах эти элементы находятся внутри Юпитера и Сатурна. Для симуляции учёные использовали вычислительный комплекс LLNL, в ней они меняли температуру, плотность и состав смеси, чтобы выяснить состояние, в котором находятся два элемента внутри этих планет.

Исследователи говорят: "Первоначальные результаты нашей работы согласуются с теорией о том, что на протяжении значительной части внутренней структуры Сатурна водород и гелий существуют отдельно друг от друга. Но это выливается в различия между текущими эволюционными моделями планеты и данными наблюдений."

В дополнение к тому что газовые планеты-гиганты в основном состоят из водорода и гелия, они излучают больше энергии, чем получают от Солнца. Создано множество моделей пытающихся объяснить взаимосвязь между возрастом, объёмом и массой планет и их светимостями. Хоть эти модели и хорошо работают с Юпитером, с Сатурном они не точны и дают меньшую светимость, чем это на самом деле.

По этому учёные решили попробовать другой подход в объяснении такой светимости Сатурна. Они выяснили при каких температурах водрод и гелий смешиваются и при каких не смешиваются. Выяснилось, что температура, при которой элементы не смешиваются, довольно высока и на протяжении обширных участков внутренней структуры газовых планет гелий частично смешивается с водородом. При этом, этот участок у Сатурна больше, чем у Юпитера – это может значительно изменить текущие представления о внутренней структуре этих планет и может объяснить столь сильную светимость Сатурна.