Saturnovo jádro je velká, roztroušená pevná koule skály

Formování plynového obra zahrnuje závod s časem. Planety vypadají jako nově vytvořené hvězdy v teple, což je proces, který rychle vytlačuje veškerý zbloudilý plyn z blízkých oblastí vytvářejících planety. Aby se vytvořil plynový obr, musí se před tímto procesem vytvořit velká kamenitá planeta a generovat gravitační sílu dostatečně velkou na to, aby plyn odtáhla, než jej odstrčí.

Tento proces by měl nechat planety jako Jupiter a Saturn s pevným, skalnatým jádrem zakopaným hluboko v plynové obálce. Ale potvrzení, že základní konfigurace byla obtížná. Nyní vědci použili funkce v prstencích Saturnu k detekci účinků mikrogravitace z jádra. Ačkoli výsledky nejsou definitivní, výsledky naznačují, že jádro je velké a skalní část je v této oblasti široce rozšířena.

Vícevrstvý vzhled?

Planety jako Země a Mars byly během svého vzniku dostatečně horké na to, aby vytvořily vrstvenou strukturu s nejtěžšími prvky v jádru a nejlehčími materiály nahoře. Totéž by se mělo stát v planetárním tělese dostatečně velkém, aby vytáhlo masivní plynový obal. Výsledkem bylo, že rané modely plynových obřích interiérů navrhovaly řadu vrstev: kovové vnitřní jádro obklopené skalnatou vrstvou a poté kovové plyny stlačené vrstvami plynné atmosféry nad ní.

Sledováním pohybu sondy Cassini kolem systému jsme získali nějaká data o gravitačním poli Saturnu. Další data pocházela z poznání, že pohyb materiálu v rámci planety také vytváří v prstencích oblasti s proměnlivou hustotou, které vytvářejí vzory, které lze zobrazit, když slunce osvětluje prstence zezadu.

Nová práce vychází z vlastností vln, které jsme objevili uvnitř prstenců Saturnu. Výzkumníci v podstatě vytvořili několik modelů, jak by jádro Saturnu mohlo vypadat, a zkontrolovali, zda modely skutečně vytvářejí vzory, které vidíme. Data z reálného světa jsou pak použita k nastavení omezení potenciálních prvků jádra Saturnu.

Pouhá přítomnost určitých rysů v prstencích například znamená, že uvnitř nitra Saturnu musí existovat nějaké vnitřní rozdělení. Rysy jsou utvářeny vnitřním efektem gravitační vlny (poznámka: ne gravitační vlny) ve vnitřním jádru. Přítomnost gravitačních vln naznačuje, že existuje hranice mezi dvěma vrstvami, oddělenými něčím jako hustota nebo chemické složení, což je odlišuje od jakéhokoli vnitřního zatížení v jádru.

stanovení limitů

Funkce smyčky obecně pomáhají vyloučit mnoho prvků. Pokud je například mezi jádrem a plynovou obálkou ostrá hranice, vlny, které se objeví v prstenci, budou mít vysokou frekvenci. Protože tomu tak není, hranice mezi nimi by měla být poněkud rozmazaná. Hranice přitom nemohou být tak rozmazané, aby mezi vrstvami uvnitř nitra Saturnu neexistovaly jasné hranice. Pokud je to pravda, neexistuje žádný způsob, jak vytvořit jednu z funkcí, která se objeví ve smyčce.

Obecně platí, že modely, které odpovídají datům, kladou jádro Saturnu do značné vzdálenosti od středu planety, zhruba 60 procent cesty k povrchu. To je poloměr téměř 60 000 kilometrů, tedy více než devětkrát větší než poloměr Země.

Je těžké zjistit přesné složení buničiny, protože omezení jsou poměrně široká. Celková hmotnost těžších prvků v jádru je asi 19krát větší než na Zemi, což je v souladu s modely formace plynných obrů, které kladou do středu horninu a železo, ačkoli velkou část tohoto materiálu může tvořit také vodní led. Celková hmotnost jádra však může být až 55krát větší než Země, což naznačuje, že je tam spousta dalšího materiálu – pravděpodobně kovový vodík a helium.

Pokud se vodík dostane do vnitřního jádra, měl by vytvořit minerální kapalinu, kterou lze snadno mísit se železem a silikátovými horninami.

V každém případě je jasné, že jemně organizované vrstvy, které bychom mohli očekávat na základě modelů planetárního formování, ve skutečnosti nejspíš neexistují. V kombinaci s náznaky, že Jupiter může mít také difúzní jádro, se zdá, že tato myšlenka upřednostňuje alternativní modely, ve kterých planetární jádra plynových obrů nepodléhají stejným evolučním procesům, jaké jsou vidět ve skalních tělesech.

Alternativou je, že jádro se stalo difúzní, protože podmínky vnitřního jádra promění vodík v kovovou kapalinu, která se snadno mísí se železem a roztavenou silikátovou horninou. Je tedy pravděpodobné, že raná vrstvená struktura v průběhu času pomalu erodovala a tála.

Tento dokument by však neměl být považován za poslední slovo o tom, co se děje uvnitř Saturnu. I když vyzkoušeli několik způsobů, jak porovnat data, vědci dospěli k závěru, že „žádný z modelů není zcela uspokojivý“, což znamená, že pro výzkumníky existuje spousta příležitostí k vyladění parametrů nebo přidání funkcí, aby se lépe přizpůsobili.

přírodní astronomie, 2021. DOI: 10,1038 / s41550-021-01448-3 (O DOI).