揭开气态星球下的秘密! 科学家:「木星会一直下雨! 」

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木星的外表是人类因长期研究所以非常熟悉的地方,但这只仅限于外表,我们一直以来都不清楚云层下面究竟是什么组成的且发生了什么事,因此研究人员设计了一个实验来压缩氢和氦,其压力达到地球大气压力的近200万倍,温度达到数千摄氏度,借此模仿气体巨星的内层。

氦形成的水滴比氢的密度还要大

根据5月27日《自然》杂志报道的太空实验室研究结果,木星这颗气态星球内部的压力和温度,会构成大气大部分的氢和氦且不是以混合的方式存在,这表明在木星大气层深处氢和氦就是分离的,且氦形成的水滴比氢的密度还要大,才导致它们会像雨一样落下。 这是近40年前科学家们首次预测在由氢和氦组成的行星(如木星和土星)内存在氦气雨,在过去科学家努力去验证这假设,却一直得到否定的答案,直到现在终于找到相关证据可以证明。

压力达到地球大气压力的近200万倍

木星的外表是人类因长期研究所以非常熟悉的地方,但这只仅限于外表,我们一直以来都不清楚云层下面究竟是什么组成的且发生了什么事,因此研究人员设计了一个实验来压缩氢和氦,其压力达到地球大气压力的近200万倍,温度达到数千摄氏度,借此模仿气体巨星的内层。 加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家马利厄斯·米洛说:「我们正在复制行星内部的条件。 」他还补充说:「我们的实验为一个长期存在的预测揭示了证据,实验中我们先假设有一个压力和温度的范围,在这个范围内,这种混合物会变得不稳定,而这种转变发生在接近将氢气转化为金属流体所需的压力和温度条件下,因此氢气金属化引发了脱离的现象。 」

氢和氦会在木星云顶下11000公里处分离

该团队使用钻石砧板将氢和氦的混合物压缩到4千兆帕(GPa约为地球大气的4万倍),接着科学家们再使用LLE的欧米茄激光器的12个巨大光束来发射强烈的冲击 波波,进一步将样品压缩到60-180GPa的最终目标,并将其加热到几千度,随着压力和温度的增加,研究人员发现这种材料的反射能力突然增加,这表示氦从氢中分离出来, 氢在这种条件下变成了液态金属,而在更高的压力和温度下,反射率持续下降,表明了氢和氦会再次混合。

因此研究人员计算出,氢和氦会在木星云顶下11000公里处分离,且深度达到22000公里,这些结果可以帮助科学家解释气体行星航天器的各种观测结果,比如木星大气层外层的氦其实比我们预期的要少很多。

图片来源: IMAGE PROCESSING BY PRATEEK SARPAL

数据来源:Emily Conover(2021,MAY 28). Laser experiments suggest helium rain falls on Jupiter. Sciencenews

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