Na Jupiteru a Saturnu prší hélium

Jak planety Jupiter a Saturn postupně chladnou, teplota v jejich nitru se přibližuje hodnotám, kdy se vodík a hélium přestávají směšovat. Tento proces, který se pravděpodobně již vyskytuje na Saturnu, může vést k vytváření kapiček kapalného hélia, které mohou v podobě héliového deště padat směrem k centru planety a poskytovat jí tak dodatečné zdroje tepla.

Pro určení vlastností směsi vodíku a hélia za tlaku několika miliónů atmosfér na planetách Jupiter a Saturn vypočítali fyzikové z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a University of Illinois, Urbana-Champaign hodnoty teploty a tlaku, kdy se hélium stává nerozpustným v hustém kovovém vodíku. Tyto závěry se přímo dotýkají modelů vnitřní stavby a vývoje obřích planet typu Jupitera.

Vodík a hélium jsou dva nejlehčí a nejrozšířenější prvky ve vesmíru. Proto je jejich všudypřítomnost ve vesmíru rozhodující v kosmologické nukleosyntéze a jsou neodmyslitelnou součástí stavby hvězd a obřích planet. Vodík sám o sobě poskytuje v pozorovatelném vesmíru vodítko ke zjištění původu a rozmanité struktury galaxií. Avšak vědci dlouho zápasili s určením, jaké podmínky jsou nutné pro vytvoření směsi těchto dvou prvků.

Za využití simulací molekulární dynamiky určil Miguel Morales (University of Illinois) ve spolupráci s Ericem Schweglerem, Sebastienem Hamelem a Kyle Caspersenem (Lawrence Livermore National Laboratory) a Carlo Pierleonim (University of L’Aquila, Itálie) stavovou rovnici soustavy vodík-hélium za extrémně vysokých teplot (4 000 až 10 000 K). Obdobné podmínky mohou panovat v nitru planet Jupiter a Saturn.

Vědecký tým využil rozsáhlé a velmi výkonné počítačové vybavení LLNL k provedení počítačových simulací v širokém rozsahu hustot, teplot a vzájemného poměru vodíku a hélia k nalezení stavové rovnice obou těchto složek.

„Výsledky našich simulací jsou v souladu s předpokladem, že ve velké části nitra Saturnu jsou takové podmínky, že vodík a hélium již nevytvářejí směs plynů,“ říká Miguel Morales. „To může vysvětlovat zdánlivý rozpor mezi současným evolučním modelem planety Saturn a napozorovanými daty.“ Kromě toho pro planety typu Jupitera je charakteristické, že vyzařují mnohem více energie, než dostávají ze Slunce. Různé dosavadní modely jejich vývoje a struktury byly navrženy za účelem popsání vztahu mezi stářím, objemem a hmotností planet a jejich svítivostí.

Již delší dobu je známo, že Jupiter vyzařuje více než dvojnásobné množství energie, než jaké přijímá ze Slunce. Dnes se většinou přijímá vysvětlení, podle něhož jde o zbytkové teplo z doby vzniku planety před 4,55 miliardami roků, které se díky ohromné hmotě Jupitera uchovalo dodnes. Druhou možností je nepatrné smršťování planety v důsledku vlastní gravitace, které rovněž může vést k uvolňování energie. U Saturnu však tato vysvětlení neplatí.

Zdroj: https://publicaffairs.llnl.gov/news/news_releases/2009/NR-09-01-08.html

autor: František Martinek