Eksperimen mengkonfirmasi kemungkinan hujan helium di Jupiter dan Saturnus

Hampir 40 tahun yang lalu, para ilmuwan pertama kali meramalkan keberadaan hujan helium di planet-planet yang terutama terdiri dari hidrogen dan helium, seperti Jupiter dan Saturnus. Namun, belum mungkin untuk mencapai kondisi eksperimental yang diperlukan untuk memvalidasi hipotesis ini.

Dalam artikel yang diterbitkan hari ini oleh alamIlmuwan mengungkapkan Bukti eksperimental untuk mendukung prediksi jangka panjang ini, ternyata hujan helium mungkin terjadi pada rentang tekanan dan Kondisi suhu ini mencerminkan apa yang diharapkan terjadi di dalam planet-planet ini.

“Kami menemukan bahwa hujan helium itu nyata dan dapat terjadi di Jupiter dan Saturnus,” kata Marius Millot, fisikawan di Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) dan salah satu penulis makalah tersebut. “Ini penting untuk membantu ilmuwan planet menguraikan pembentukan dan evolusi planet-planet ini. Sangat penting untuk memahami bagaimana tata surya terbentuk.”

“Jupiter sangat menarik karena diyakini telah membantu melindungi wilayah planet bagian dalam tempat bumi terbentuk,” tambah Raymond Jeanloz, rekan penulis dan profesor ilmu bumi dan planet dan astronomi di University of California di Berkeley. “Kami mungkin berada di sini karena Jupiter.”

Tim peneliti internasional, yang terdiri dari para ilmuwan dari LLNL, Komisi Prancis untuk Energi Alternatif dan Energi Atom, Universitas Rochester dan Universitas California di Berkeley, melakukan eksperimen mereka di Laboratorium Energetika Laser (LLE) di Universitas tersebut. dari Rochester.

“Kopling kompresi statis dan kejutan yang dipandu laser adalah kunci untuk mencapai kondisi yang sebanding dengan interior Jupiter dan Saturnus, tetapi ini merupakan tantangan besar,” kata Millot. “Kami benar-benar harus bekerja di bidang teknologi untuk mendapatkan bukti yang meyakinkan. Butuh waktu bertahun-tahun dan banyak kreativitas dari tim.”

Tim menggunakan sel landasan berlian untuk memampatkan campuran hidrogen dan helium menjadi 4 gigapascal (GPa; sekitar 40.000 kali atmosfer). Para ilmuwan kemudian menggunakan 12 sinar raksasa laser omega LLE untuk memicu gelombang kejut yang kuat dan selanjutnya memampatkan sampel ke tekanan akhir 60 hingga 180 GPa dan memanaskannya hingga beberapa ribu derajat. Pendekatan serupa adalah kunci untuk menemukan es air superionik.

Dengan menggunakan seperangkat alat diagnostik ultra-cepat, tim mengukur kecepatan tumbukan, reflektifitas optik sampel yang dikompresi benturan, dan pembuangan panasnya, dan menemukan bahwa reflektifitas sampel tidak meningkat secara seragam dengan meningkatnya tekanan benturan, seperti kebanyakan sampel yang peneliti selidiki dengan Pengukuran yang serupa. Sebaliknya, mereka menemukan diskontinuitas dalam sinyal reflektifitas yang diamati, yang menunjukkan bahwa konduktivitas listrik sampel berubah secara tiba-tiba, dengan tanda pemisahan campuran helium dan hidrogen. Di koran diterbitkan pada tahun 2011Ilmuwan LLNL Sebastien Hamel, Miguel Morales dan Eric Schwegler menyarankan penggunaan perubahan reflektifitas optik sebagai probe untuk proses segregasi.

“Eksperimen kami menunjukkan bukti eksperimental untuk prediksi jangka panjang: Ada sejumlah tekanan dan suhu di mana campuran ini menjadi tidak stabil dan tidak tercampur,” kata Millot. “Transisi ini terjadi pada kondisi tekanan dan suhu yang mendekati yang diperlukan untuk mengubah hidrogen menjadi cairan metalikdan gambaran intuitifnya adalah bahwa metalisasi hidrogen memicu segregasi. “

Simulasi numerik dari proses segregasi ini merupakan tantangan karena efek kuantum yang halus. Eksperimen ini memberikan tolok ukur kritis untuk simulasi teoritis dan numerik. Ke depan, tim akan terus menyempurnakan pengukuran dan mengembangkannya ke komposisi lain untuk lebih meningkatkan pemahaman kami tentang material dalam kondisi ekstrem.