Na Jupiteru prší hélium

Plynné hélium je na Zemi používáno k plnění balónů, pohybujících se „vzhůru“. Uvnitř planety Jupiter jsou však tak nezvyklé podmínky, že podle předpovědi vědců University of California, Berkeley, hélium kondenzuje do kapiček, které naopak padají dolů v podobě héliového deště.

Héliový déšť byl dříve navrhován jako možné vysvětlení zvýšeného vyzařování energie u planety Saturn – obří plynné planety podobné Jupiteru, avšak s třetinovou hmotností.

Na Jupiteru, jak tvrdí pracovníci University of California, jsou héliové deště tím nejlepším možným způsobem, jak vysvětlit nedostatek neonu ve vnějších vrstvách planety. Neon se rozpouští v héliových dešťových kapkách a společně s nimi padá směrem do nitra planety, kde je znovu uvolňován, čímž jsou horní vrstvy planety ochuzovány o oba plynné elementy v souladu s pozorováním.

„Hélium kondenzuje nejprve jako mlžný opar v horních vrstvách planety, podobně jako oblaka, a jak se kapičky hélia zvětšují, padají směrem do nitra,“ říká Hugh Wilson, postgraduální student na University of California, Berkeley a spoluautor zprávy publikované v časopise Physical Review Letters. „Neon se rozpouští v héliu a společně s ním padá dolů, a tak náš výzkum spojuje pozorovaný nedostatek neonu v atmosféře a další navrhovaný proces – héliový déšť.“

Wilsonův spolupracovník Burkhard Militzer, odborný asistent pro planetární výzkum a astronomii na UC Berkeley poznamenává, že „déšť“ – kapky vody padající na povrch Země – je nepřesným popisem toho, co se odehrává v atmosféře Jupiteru. Kapky hélia vznikají ve výšce zhruba 10 000 až 13 000 km pod horní vrstvou vodíkových oblaků, za tlaků a teplot tak vysokých, že „nemůžete rozeznat, zda přítomný vodík a hélium jsou v plynném či kapalném stavu,“ dodává Burkhard Militzer. Všechno je zde v tekutém stavu (výraz tekutina zahrnuje plyny i kapaliny), takže přítomný déšť jsou ve skutečnosti kapky tekutého hélia smíchané s neonem a padající dolů napříč tekutým kovovým vodíkem.

Astronomové předpokládají, že přispějí ke zpřesnění modelu nitra planety Jupiter a modelů ostatních obřích planet. Modelování vnitřní stavby planet se stalo žhavou oblastí výzkumu od doby, kdy bylo objeveno několik stovek extrasolárních planet, nacházejících se v extrémním prostředí v okolí jiných hvězd než Slunce. Zjištěné informace budou rovněž důležité pro NASA, respektive pro připravovanou sondu k Jupiteru s názvem Juno. Její start je naplánován na srpen 2011 a navedení na oběžnou dráhu kolem Jupiteru na říjen 2016.

Militzer a Wilson se zabývají výpočty vlastností nitra planety Jupiter prostřednictvím počítačových simulací. Především se snaží zjistit, co se děje s rozhodujícími složkami – vodíkem a héliem – při vzestupu teploty a tlaku směrem do centra planety. Tyto podmínky jsou zde natolik extrémní, než aby je bylo možné reprodukovat v pozemních laboratořích. Dokonce při experimentech v komůrce na diamantové kovadlině lze vytvořit pouze podobný tlak jako v zemském jádru. V roce 2008 vedly Militzerovy počítačové simulace k závěru, že kamenné jádro Jupiteru je obklopeno tlustou vrstvou zmrzlého metanu, čpavku a vody (v podobě ledu), a tudíž jeho hmotnost je 2krát větší, než se do té doby předpokládalo.

Současné výzkumy jsou v souladu s objevy sondy Galileo, jejíž atmosférické pouzdro proniklo v roce 1995 hluboko do atmosféry Jupiteru a vysílalo na Zemi informace o teplotě, tlaku a množství prvků až do okamžiku, kdy bylo zničeno tlakem okolní atmosféry. Výskyt všech prvků se zdá být nepatrně bohatší ve srovnání s jejich množstvím na Slunci – což je předpokládané množství jednotlivých prvků z doby před 4,56 miliardy roků, kdy Sluneční soustava vznikla – kromě obsahu hélia a neonu.

Počítačové simulace astronomů ukazují, že jediný způsob, jak mohl být neon odstraněn z horních vrstev atmosféry, je jeho vypadávání společně s héliem, protože hélium a neon se snadno mísí, podobně jako voda a alkohol. Výpočty, které provedli Militzer a Wilson napovídají, že v oblasti 10 000 až 13 000 km pod „povrchem“ planety, kde je teplota zhruba 5 000 °C a tlak téměř dvoumiliónkrát vyšší než atmosférický tlak na povrchu Země, vodík získává vlastnosti vodivého kovu. Hélium, které ještě nemá vlastnosti kovu, se nemůže mísit s kovovým vodíkem, a tak vytváří kapky podobně jako olej ve vodě. To poskytuje vysvětlení pro odstranění neonu z horních vrstev atmosféry Jupiteru.

„Jak hélium a neon padají stále hlouběji do nitra planety, okolní prostor bohatý na vodík je pomalu ochuzován o neon a hélium,“ říká Militzer. „Zjištěná koncentrace obou prvků je co do množství v souladu s našimi výpočty.“

Přítomnost héliového deště na Saturnu byla předpokládána na základě odlišných pozorování: Saturn je teplejší než by měl být v závislosti na jeho stáří a pravděpodobné rychlosti ochlazování. Při pádu kapiček héliového deště se uvolňuje teplo, které vysvětluje pozorovaný rozdíl.

Teplota na Jupiteru je v souladu s modely rychlosti jeho chladnutí v závislosti na předpokládaném stáří, a tudíž nebylo nutné uvažovat hypotetické héliové deště. To se změnilo až objevem úbytku neonu v horních vrstvách Jupiterovy atmosféry.

Zdroj: http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2010/03/22_helium_rain.shtml

autor: František Martinek