Het interieur van de twee gasreuzen, Jupiter en Saturnus, zijn behoorlijk extreme plaatsen. Als we denken aan een vloeibaar metaal, hebben we meestal gedachten over vloeibaar kwik bij kamertemperatuur (of het weer in elkaar zetten van vloeibaar metaal T-1000 gespeeld door Robert Patrick in de film) Terminator 2), beschouwen we zelden twee van de meest voorkomende elementen in het heelal als een vloeibaar metaal onder bepaalde omstandigheden. En toch is dit wat een team van natuurkundigen van UC Berkley beweert; helium en waterstof kunnen met elkaar vermengen, geforceerd door de enorme druk nabij de kernen van Jupiter en Saturnus, waardoor een vloeibare metaallegering ontstaat, wat mogelijk onze perceptie van wat er onder die Joviaanse stormen verandert ...
Meestal richten planetaire fysici en chemici hun aandacht vooral op de kenmerken van het meest voorkomende element in het heelal: waterstof. Inderdaad, meer dan 90% van zowel Jupiter als Saturnus is ook waterstof. Maar binnen de atmosfeer van deze gasreus is niet het simpele waterstofatoom, het is het verrassend complexe diatomaire waterstofgas (d.w.z. moleculaire waterstof, H2). Dus om de dynamiek en aard van de binnenkant van de meest massieve planeten in ons zonnestelsel te begrijpen, onderzoeken onderzoekers van UC Berkley en Londen een veel eenvoudiger element; het op één na meest voorkomende gas in het heelal: helium.
Raymond Jeanloz, een professor aan UC Berkeley, en zijn team hebben een interessant kenmerk van helium ontdekt bij de extreme druk die kan worden uitgeoefend in de buurt van de kernen van Jupiter en Saturnus. Helium vormt een metallische vloeibare legering wanneer het wordt gemengd met waterstof. Er werd gedacht dat deze toestand van de materie zeldzaam was, maar deze nieuwe bevindingen suggereren dat heliumlegeringen van vloeibaar metaal vaker voorkomen dan we eerder dachten.
“Dit is een doorbraak in termen van ons begrip van materialen, en dat is belangrijk omdat we, om de evolutie op lange termijn van planeten te begrijpen, meer over hun eigenschappen diep van binnen moeten weten. De bevinding is ook interessant om te begrijpen waarom materialen zijn zoals ze zijn en wat hun stabiliteit en hun fysische en chemische eigenschappen bepaalt. ' - Raymond Jeanloz.
Jupiter oefent bijvoorbeeld een enorme druk uit op de gassen in zijn atmosfeer. Vanwege zijn grote massa kan men drukken verwachten tot 70 miljoen aardatmosferen (nee, dat is niet genoeg om fusie op gang te brengen ...), waardoor kerntemperaturen ontstaan tussen 10.000 en 20.000 K (dat is 2-4 keer heter dan de De fotosfeer van de zon!). Dus helium werd gekozen als het element om onder deze extreme omstandigheden te studeren, een gas dat 5-10% van de waarneembare materie van het heelal uitmaakt.
Met behulp van kwantummechanica om het gedrag van helium onder verschillende extreme drukken en temperaturen te berekenen, ontdekten de onderzoekers dat helium onder zeer hoge druk in een vloeibaar metaal zal veranderen. Meestal wordt helium gezien als een kleurloos en transparant gas. In de omstandigheden van de aardatmosfeer is dit waar. Het verandert echter in een heel ander wezen in 70 miljoen aardatmosferen. In plaats van een isolerend gas te zijn, verandert het in een geleidende vloeibare metaalsubstantie, meer als kwik, "alleen minder reflecterend, 'Voegde Jeanloz toe.
Dit resultaat komt als een verrassing, aangezien altijd is gedacht dat enorme drukken het moeilijker maken voor elementen zoals waterstof en helium om metaalachtig te worden. Dit komt omdat de hoge temperaturen op locaties zoals de kern van Jupiter verhoogde trillingen in atomen veroorzaken, waardoor de paden van elektronen die proberen in het materiaal te stromen, worden afgebogen. Als er geen elektronenstroom is, wordt het materiaal een isolator en kan het geen 'metaal' worden genoemd.
Deze nieuwe bevindingen suggereren echter dat atoomtrillingen onder dit soort drukken in feite het contra-intuïtieve effect hebben van het creëren van nieuwe paden voor de elektronen om te stromen. Plots wordt het vloeibare helium geleidend, wat betekent dat het een metaal is.
In een andere draai wordt gedacht dat het vloeibare heliummetaal gemakkelijk zou kunnen mengen met waterstof. Planetaire fysica vertelt ons dat dit niet mogelijk is, waterstof en helium scheiden zich zoals olie en water in de gasreuzenlichamen. Maar het team van Jeanloz heeft ontdekt dat de twee elementen zich daadwerkelijk kunnen vermengen, waardoor een vloeibare metaallegering ontstaat. Als dit het geval is, moet er serieus nagedacht worden over de planetaire evolutie.
Zowel Jupiter als Saturnus geven meer energie af dan de zon geeft, wat betekent dat beide planeten hun eigen energie opwekken. Het geaccepteerde mechanisme hiervoor zijn condenserende heliumdruppeltjes die van de bovenste atmosferen van de planeten naar de kern vallen, waardoor het zwaartekrachtpotentieel vrijkomt terwijl het helium valt als 'regen'. Als echter wordt bewezen dat dit onderzoek het geval is, is het interieur van de gasreus waarschijnlijk veel homogener dan eerder werd gedacht, wat betekent dat er geen heliumdruppels kunnen zijn.
Dus de volgende taak voor Jeanloz en zijn team is het vinden van een alternatieve energiebron die warmte opwekt in de kernen van Jupiter en Saturnus (dus ga de studieboeken nog niet helemaal herschrijven ...)
Bron: UC Berkeley
