“氦雨是真的!”——实验证实了木星和土星内部存在氦雨的可能性

卡西尼土星马赛克2009

一个国际研究团队,包括来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家,已经验证了一个近40年的预测,实验表明,在木星和土星(如图)这样的行星中,氦雨是可能的。资料来源:美国宇航局/喷气推进实验室/空间科学研究所

近40年前,科学家们首次预测在主要由氢和氦组成的行星中存在氦雨木星土星.然而,直到现在,实现验证这一假设所需的实验条件还不可能。

在2021年5月26日发表的一篇论文中,作者自然,科学家们揭示了实验证据来支持这个长期以来的预测,表明氦雨可能在一系列的压力和温度条件下发生,而这些压力和温度条件与预期在这些行星内部发生的情况相同。

“我们发现氦雨是真实存在的,而且可能发生在木星和土星上,”劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的物理学家、该出版物的合著者马吕斯·米洛特(Marius Millot)说。“这对帮助行星科学家破解这些行星是如何形成和进化的很重要,这对理解太阳系是如何形成的至关重要。”

“木星特别有趣,因为它被认为帮助保护了地球形成的内行星区域,”该研究的合著者、地球和行星科学与天文学教授雷蒙德·让罗兹补充说加州大学伯克利分校.“我们在这里可能是因为木星。”

土星插图

这个国际研究团队,包括来自LLNL、法国替代能源和原子能委员会、罗切斯特大学和加州大学伯克利分校的科学家,在罗切斯特大学激光能量实验室(LLE)进行了他们的实验。

“将静态压缩和激光驱动的冲击耦合在一起是让我们达到木星和土星内部可媲美的条件的关键,但这是非常具有挑战性的,”Millot说。“为了获得令人信服的证据,我们真的必须在技术上做出努力。这花了我们许多年的时间和团队的创造力。”

该团队使用钻石砧电池将氢和氦的混合物压缩到40亿帕斯卡(GPa;大约是地球大气层的40000倍)。然后,科学家们使用12束LLE的欧米茄激光发射强烈的冲击波,进一步压缩样本到60-180 GPa的最终压力,并将其加热到几千度。一个类似的方法发现的关键是什么超离子导体水冰

通过一系列的超快诊断工具,研究小组测量了冲击速度,shock-compressed样品的光学反射率及其热发射,发现样品的反射率不顺利,冲击压力增加,在大多数样本的研究人员研究了类似的测量。相反,他们在观测到的反射率信号中发现了不连续性,这表明样品的电导率发生了突然的变化,这是氦和氢混合物分离的标志。一篇论文中在2011年出版, LLNL的科学家Sebastien Hamel, Miguel Morales和Eric Schwegler建议使用光学反射率的变化作为分离过程的探针。

“我们的实验为一个长期的预测提供了实验证据:在一定的压力和温度范围内,这种混合物变得不稳定和分解,”米勒特说。“这种转变发生在接近转化氢所需的压力和温度条件下进入金属液体,直观的图像是氢金属化触发了分离。”

由于微妙的量子效应,数值模拟这种分离过程具有挑战性。这些实验为理论和数值模拟提供了一个关键的基准。展望未来,该团队将继续细化测量,并将其扩展到其他成分,以继续追求改善我们对极端条件下材料的理解。

参考文献:S. Brygoo, P. Loubeyre, M. Millot, J. R. Rygg, P. M. Celliers, J. H. Eggert, R. Jeanloz和G. W. Collins的《木星内部条件下氢-氦不混溶的证据》,2021年5月26日,自然
DOI: 10.1038 / s41586 - 021 - 03516 - 0

这项工作是由LLNL的实验室指导研究和发展项目和能源部的科学办公室资助的。除了Millot和Jeanloz,合作者还包括CEA的Stephanie Brygoo和Paul Loubeyre;LLNL的Peter Celliers和Jon Eggert;以及罗切斯特大学的瑞安·赖格和吉尔伯特·柯林斯。

1评论“氦雨是真的!”“-实验验证了木星和土星内部氦雨的可能性”

  1. 你们什么时候才能停止对人们撒谎太空不是真的你们从没离开过这个星球真的吗

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