منذ ما يقرب من خمسة مليارات سنة ، تشكلت الكواكب الغازية العملاقة المشتري وزحل ، على ما يبدو بطرق مختلفة جذريًا.
هكذا يقول أحد العلماء في مختبر لوس ألاموس الوطني بجامعة كاليفورنيا ، والذي ابتكر نماذج حاسوبية شاملة بناءً على التجارب التي صُدم فيها عنصر الهيدروجين بضغوط كبيرة مثل تلك الموجودة داخل الكواكب.
من خلال العمل مع زميل فرنسي ، ابتكر ديدييه ساومون من قسم الفيزياء التطبيقية في Los Alamos نماذج تثبت أن العناصر الثقيلة تتركز في قلب زحل الهائل ، في حين يتم خلط هذه العناصر نفسها في جميع أنحاء المشتري ، مع القليل جدًا أو لا يوجد مركز مركزي على الإطلاق. أظهرت الدراسة ، التي نُشرت في مجلة Astrophysical Journal هذا الأسبوع ، أن العناصر الحرارية مثل الحديد والسيليكون والكربون والنيتروجين والأكسجين تتركز في قلب زحل ، ولكنها تنتشر في المشتري ، مما يؤدي إلى فرضية أنها تشكلت من خلال عمليات مختلفة.
جمع Saumon بيانات من العديد من تجارب ضغط الصدمة الحديثة التي أظهرت كيف يتصرف الهيدروجين عند ضغط أكبر بمليون مرة من الضغط الجوي ، ويقترب من تلك الموجودة في عمالقة الغاز. سمحت هذه التجارب - التي أجريت على مدى السنوات العديدة الماضية في المختبرات الوطنية الأمريكية وفي روسيا - للمرة الأولى بقياسات دقيقة لما يسمى بمعادلة حالة السوائل البسيطة ، مثل الهيدروجين ، في الضغط العالي والكثافة العالية. عالم حيث يحدث التأين للدوتريوم ، نظير مصنوع من ذرة هيدروجين مع نيوترون إضافي.
من خلال العمل مع T. Guillot من مرصد كوتور دازور ، فرنسا ، طور Saumon حوالي 50.000 نموذج مختلف من الهياكل الداخلية لكواكب الغازات العملاقة التي تضمنت كل الاختلافات الممكنة التي تسمح بها الملاحظات الفيزيائية الفلكية والتجارب المخبرية.
قال ساومون: "أعطتنا بعض البيانات من تحقيقات الكواكب السابقة معلومات غير مباشرة حول ما يحدث داخل زحل والمشتري ، والآن نأمل في معرفة المزيد من مهمة كاسيني التي وصلت للتو إلى مدار زحل". "لقد اخترنا فقط نماذج الكمبيوتر التي تناسب الملاحظات الكوكبية."
كوكب المشتري وزحل والكواكب العملاقة الأخرى تتكون من غازات ، مثل الشمس: فهي تحتوي على حوالي 70 في المائة من الهيدروجين بالكتلة ، والباقي في الغالب هيليوم وكميات صغيرة من العناصر الثقيلة. لذلك ، كان من الصعب حساب هياكلها الداخلية لأن معادلة الهيدروجين للحالة عند ضغوط عالية لم تكن مفهومة جيدًا.
قام Saumon و Guillot بتقييد نماذج الكمبيوتر الخاصة بهم بالبيانات من تجارب الديوتريوم ، وبالتالي تقليل عدم اليقين السابق لمعادلة حالة الهيدروجين ، وهو المكون المركزي اللازم لتحسين نماذج هياكل الكواكب وكيف تشكلت.
وأوضح ساومون: "لقد حاولنا تضمين كل الاختلافات الممكنة التي قد تسمح بها البيانات التجريبية حول ضغط الصدمة من الديوتريوم".
من خلال تقدير الكمية الإجمالية للعناصر الثقيلة وتوزيعها داخل المشتري وزحل ، تقدم النماذج صورة أفضل لكيفية تشكل الكواكب من خلال تراكم الهيدروجين والهيليوم والعناصر الصلبة من السديم الذي دار حول الشمس منذ مليارات السنين .
قال ساومون "كان هناك اتفاق عام على أن نوى زحل والمشتري مختلفة." "الجديد هنا هو مدى شمولية هذه النماذج. لقد تمكنا من القضاء على العديد من أوجه عدم اليقين أو تحديدها كمياً ، لذلك لدينا ثقة أفضل بكثير في النطاق الذي ستقع فيه البيانات الفعلية للهيدروجين ، وبالتالي للمعادن الحرارية والعناصر الأخرى.
وأضاف: "على الرغم من أننا لا نستطيع أن نقول أن نماذجنا دقيقة ، فنحن نعرف جيدًا مدى دقتها".
هذه النتائج من النماذج ستساعد في توجيه القياسات التي يتعين اتخاذها من قبل كاسيني والتحقيقات الفضائية المقترحة بين الكواكب المقترحة للمشتري.
يتم تشغيل مختبر لوس ألاموس الوطني من قبل جامعة كاليفورنيا لإدارة الأمن النووي الوطنية (NNSA) التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية ويعمل بالشراكة مع مختبرات NNSA الوطنية سانديا ولورنس ليفرمور لدعم NNSA في مهمتها.
تقوم لوس ألاموس بتطوير وتطبيق العلم والتكنولوجيا لضمان سلامة وموثوقية الرادع النووي الأمريكي. الحد من خطر أسلحة الدمار الشامل والانتشار والإرهاب ؛ وحل المشاكل الوطنية في مجالات الدفاع والطاقة والبيئة والبنية التحتية.
المصدر الأصلي: بيان لوس ألاموس الإخباري
