Почти 40 лет назад ученые впервые предсказали существование гелиевого дождя внутри планет, состоящих в основном из водорода и гелия, таких как Юпитер и Сатурн. Однако достичь экспериментальных условий, необходимых для подтверждения этой гипотезы, было невозможно — до сих пор.
В статье, опубликованной в Nature, ученые раскрывают экспериментальные данные, подтверждающие это давнее предсказание, показывая, что гелиевый дождь возможен в диапазоне условий давления и температуры, которые отражают те, которые, как ожидается, будут происходить внутри этих планет.
Это открытие проливает свет на состав и условия иных планет, а также много рассказывает об истории Солнечной системы. Юпитер особенно интересен, потому что считается, что он помог защитить внутреннюю часть планетарного диска, где образовалась Земля. Возможно, мы здесь из-за Юпитера.
Международная исследовательская группа, в которую вошли ученые из LLNL, Французской комиссии по альтернативной энергии и атомной энергии, Университета Рочестера и Калифорнийского университета в Беркли, провела свои эксперименты в Лаборатории лазерной энергетики (LLE) Университета Рочестера. Сочетание статического сжатия и лазерных ударов является ключом к достижению условий, сопоставимых с внутренними частями Юпитера и Сатурна.
Команда использовала ячейки с алмазными наковальнями для сжатия смеси водорода и гелия до 4 гигапаскалей (ГПа; примерно в 40 000 раз больше земной атмосферы). Затем ученые использовали 12 гигантских лучей омега-лазера LLE для запуска сильных ударных волн, чтобы еще больше сжать образец до конечных давлений 60–180 ГПа и нагреть его до нескольких тысяч градусов. Аналогичный подход был ключом к открытию суперионны водяного льда .
Используя серию сверхбыстрых диагностических инструментов, команда измерила скорость удара, оптическую отражательную способность ударно-сжатого образца и его тепловое излучение, обнаружив, что отражательная способность образца не увеличивается плавно с увеличением ударного давления, как в большинстве образцов. исследователи изучали аналогичные измерения. Вместо этого они обнаружили разрывы в наблюдаемом сигнале отражательной способности, которые указывают на резкое изменение электропроводности образца, что является признаком разделения смеси гелия и водорода.
Численное моделирование этого процесса расслоения является сложной задачей из-за тонких квантовых эффектов. Эти эксперименты служат важным ориентиром для теории и численного моделирования. Забегая вперед, команда продолжит совершенствовать измерения и распространить их на другие составы, продолжая стремиться к улучшению нашего понимания материалов в экстремальных условиях.
