Юпитер содержит до 9% горных пород и минералов, а это значит, что в молодости он съел много планет

Юпитер почти полностью состоит из водорода и гелия. Их соответствующие количества близко соответствуют теоретическим количествам в первичной солнечной туманности. Но он также содержит другие, более тяжелые элементы, которые астрономы называют металлами. Хотя минералы составляют небольшую часть Юпитера, их присутствие и распределение говорят астрономам о многом.

Согласно новому исследованию, содержание минералов и их распределение на Юпитере означает, что в молодости планета съела много молодых скалистых планет.

С тех пор, как в июле 2016 года к Юпитеру прибыл космический корабль НАСА «Юнона» и начал собирать подробные данные, он изменил наше понимание формирования и эволюции Юпитера. Одной из особенностей миссии является инструмент Gravity Science. Он посылает радиосигналы туда и обратно между Юноной и сетью дальнего космоса Земли. Этот процесс измеряет гравитационное поле Юпитера и сообщает исследователям больше о формировании планеты.

Удалите всю рекламу во Вселенной сегодня

Присоединяйтесь к Patreon всего за 3 доллара!

Получите опыт без рекламы на всю жизнь

Когда образовался Юпитер, он начал накапливать каменистый материал. За этим последовал период быстрого накопления газа из солнечной туманности, и через миллионы лет Юпитер стал таким гигантом, каким он является сегодня. Но есть важный вопрос, касающийся начального периода аккреции горных пород. Вы собирали более крупные глыбы камня, такие как малые планеты? Или он накопил вещество размером с гальку? В зависимости от ответа Юпитер формировался в разных временных масштабах.

Космический корабль НАСА «Юнона» запечатлел этот вид Юпитера во время миссии Close Passage 40 вблизи планеты-гиганта 25 февраля 2022 года. Большая темная тень в левой части изображения была отброшена спутником Юпитера Ганимедом. Данные изображения: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Обработка изображений: Томас Томопулос.

Новое исследование начало отвечать на этот вопрос. Под названием «Неоднородная мантия Юпитера» она была опубликована в Журнале астрономии и астрофизики. Ведущий автор — Ямила Мигель, доцент астрофизики Лейденской обсерватории и Нидерландского института космических исследований.

Мы все больше привыкаем к замечательным изображениям Юпитера благодаря камере JunoCam космического корабля Juno. Но то, что мы видим, только поверхностно. Все эти очаровательные изображения облаков и штормов — это всего лишь внешние 50 километров (31 миля) атмосферы планеты. Ключ к формированию и эволюции Юпитера скрыт глубоко в атмосфере планеты, глубина которой составляет десятки тысяч километров.

Миссия Юноны помогает нам лучше понять загадочную внутреннюю часть Юпитера.  Фото: Кельвинсонг — собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31764016
Миссия Юноны помогает нам лучше понять загадочную внутреннюю часть Юпитера. Фото: Кельвинсонг — собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31764016

Общепризнано, что Юпитер — самая старая планета Солнечной системы. Но ученые хотят знать, сколько времени заняло формирование. Авторы статьи хотели найти минералы в атмосфере планеты с помощью гравитационного научного эксперимента Juno. Присутствие и распределение гальки в атмосфере планеты играет ключевую роль в понимании формирования Юпитера, а гравитационный эксперимент измерял рассеивание гальки в атмосфере. До Юноны и ее гравитационного научного эксперимента не было точных данных о гравитационных гармониках Юпитера.

Исследователи обнаружили, что атмосфера Юпитера не так однородна, как считалось ранее. Вблизи центра планеты минералов больше, чем в других слоях. В целом минералы добавляют от 11 до 30 масс Земли.

Имея данные, команда построила модели внутренней динамики Юпитера. «В этой статье мы собираем наиболее полный и разнообразный набор внутренних моделей Юпитера на сегодняшний день и используем их для изучения распределения тяжелых элементов в атмосфере планеты», — написали они.

Команда создала два набора моделей. Первая группа – это трехслойные модели, а вторая – модели с уменьшенным сердечником.

Исследователи создали два различных типа моделей Юпитера. Трехслойные модели имеют более четкие области, с внутренним ядром из минералов, средней областью, в которой преобладает металлический водород, и внешним слоем, в котором преобладает молекулярный водород (H2.) до восстановленной сердцевины.

«У газового гиганта, подобного Юпитеру, есть два механизма получения полезных ископаемых во время его формирования: путем аккреции мелких камешков или больших малых планет», — сказал ведущий автор Мигель. “Мы знаем, что как только маленькая планета становится достаточно большой, она начинает выбрасывать гальку. Такого богатства минералов внутри Юпитера, которое мы видим сейчас, было бы невозможно достичь до этого. Поэтому мы можем исключить сценарий использования только гальки в качестве твердого тела во время формирования Юпитера. Маленькие планеты больше, чем быть запрещенными, так что это, должно быть, сыграло свою роль».

Обилие полезных ископаемых в недрах Юпитера уменьшается по мере удаления от центра. Это указывает на отсутствие конвекции в глубинной атмосфере планеты, которая, по мнению ученых, существовала. «Ранее мы думали, что у Юпитера есть теплопередача, как у кипящей воды, что делает его довольно смешанным», — сказал Мигель. «Но наши выводы выглядят иначе».

«Мы убедительно демонстрируем, что содержание тяжелого элемента в оболочке Юпитера неоднородно», — пишут авторы в своей статье. «Наши результаты показывают, что Юпитер продолжал накапливать тяжелые элементы в больших количествах, в то время как его водородно-гелиевая атмосфера росла, вопреки прогнозам, основанным на секвестрации массы гальки в его простейшем воплощении, предпочитая вместо этого земные модели или более сложные гибридные модели. “

Художественный вид протопланеты, формирующейся внутри аккреционного диска протозвезды.
Художественный вид протопланеты, формирующейся внутри аккреционного диска протозвезды.

Авторы также пришли к выводу, что Юпитер не смешивался с конвекцией после ее образования, даже когда он был еще молодым и горячим.

Выводы группы также распространяются на изучение газообразных экзопланет и попытки определить их металличность. «Наш результат … дает базовый пример экзопланеты: неоднородная оболочка указывает на то, что наблюдаемая металличность является нижней границей металличности металлической массы планеты».

В случае с Юпитером не было возможности определить его металличность на расстоянии. Только когда прибыла Юнона, ученые смогли косвенно измерить металличность. «Поэтому минералы, полученные из далеких атмосферных наблюдений за экзопланетами, могут не отражать минеральную массу планеты».

Когда космический телескоп Джеймса Уэбба начинает научную работу, одной из его задач является измерение атмосфер экзопланет и определение их состава. Как показывает эта работа, данные, которые предоставляет Уэбб, могут не отражать того, что происходит в глубоких слоях газовых планет-гигантов.

более:

Leave a Comment