Nucleul lui Saturn este o minge solidă de rocă mare, împrăștiată

Formarea unui gigant gazos implică o cursă contra timpului. Planetele apar ca stele nou formate calde, un proces care împinge rapid toate gazele rătăcite în afara regiunilor de formare a planetei din apropiere. Pentru a crea un gigant gazos, o planetă stâncoasă mare trebuie să se formeze înainte de acest proces și să genereze o forță gravitațională suficient de mare pentru a scoate gazul înainte de al împinge.

Procesul ar trebui să lase planete precum Jupiter și Saturn cu un miez solid și stâncos îngropat adânc în învelișul de gaz. Dar confirmarea faptului că configurația de bază a fost dificilă. Acum, cercetătorii au folosit caracteristici din inelele lui Saturn pentru a detecta efectele microgravitației din miez. Deși rezultatele nu sunt definitive, rezultatele indică faptul că miezul este mare, iar porțiunea rezistentă la piatră este larg răspândită în acea regiune.

Un aspect multistrat?

Planete precum Pământul și Marte au fost suficient de fierbinți în timpul formării lor pentru a crea o structură stratificată, cu cele mai grele elemente la miez și cele mai ușoare materiale în partea de sus. Același lucru ar trebui să se întâmple într-un corp planetar suficient de mare pentru a scoate un plic masiv de gaz. Ca rezultat, primele modele de interioare gigantice gazoase au sugerat o serie de straturi: un miez interior metalic înconjurat de un strat stâncos și apoi gaze metalice comprimate de straturile de atmosferă gazoasă de deasupra acestuia.

Urmărind mișcarea sondei Cassini în jurul sistemului, am obținut câteva date despre câmpul gravitațional al lui Saturn. Date suplimentare au venit din realizarea că mișcarea materialului pe planetă creează și regiuni cu densitate variabilă în inele, construind modele care pot fi imaginate atunci când soarele luminează inelele din spate.

Noua lucrare se bazează pe caracteristicile undelor pe care le-am descoperit în interiorul inelelor lui Saturn. În esență, cercetătorii au construit mai multe modele de cum ar putea arăta nucleul lui Saturn și au verificat dacă modelele ar crea de fapt modelele pe care le vedem. Datele din lumea reală sunt apoi utilizate pentru a stabili constrângeri asupra elementelor potențiale ale nucleului lui Saturn.

Simpla prezență a anumitor trăsături în inele, de exemplu, înseamnă că trebuie să existe o anumită diviziune internă în interiorul lui Saturn. Caracteristicile sunt modelate de un efect interior valuri gravitationale (notă: nu unde gravitaționale) în nucleul interior. Prezența undelor gravitaționale indică faptul că există o graniță între două straturi, separate de ceva de genul densității sau compoziției chimice, care le menține distincte față de orice sarcină internă din miez.

stabilirea limitelor

În general, caracteristicile buclei ajută la excluderea multor elemente. De exemplu, dacă există o limită ascuțită între miez și învelișul de gaz, undele care apar în inel vor avea o frecvență ridicată. Deoarece nu este cazul, granița dintre cele două ar trebui să fie oarecum neclară. În același timp, limitele nu pot fi atât de neclare încât nu există limite clare între straturile din interiorul lui Saturn. Dacă este adevărat, nu ar exista nicio modalitate de a produce una dintre caracteristicile care apar în buclă.

În general, modelele care se potrivesc datelor plasează granița de bază a lui Saturn la o distanță semnificativă de centrul planetei, aproximativ 60% din drum spre suprafață. Aceasta este o rază de aproape 60.000 de kilometri, sau de peste nouă ori mai mare decât raza Pământului.

Este dificil să se cunoască compoziția exactă a pulpei, deoarece restricțiile sunt destul de largi. Masa totală a elementelor mai grele din miez este de aproximativ 19 ori mai mare decât cea a Pământului, în concordanță cu modelele de formațiuni gigantice gazoase care pun rocă și fier în centru, deși o mare parte din acest material ar putea fi și gheață de apă. Cu toate acestea, masa totală a miezului poate fi de 55 de ori mai mare decât a Pământului, ceea ce indică faptul că există o mulțime de alt material acolo – probabil hidrogenul metalic și heliul.

Dacă hidrogenul ajunge în nucleul interior, acesta ar trebui să formeze un lichid mineral care se poate amesteca cu ușurință cu roci de fier și silicat.

În orice caz, este clar că straturile fin organizate la care ne-am putea aștepta pe baza modelelor de formare planetară nu par să existe cu adevărat. Combinată cu indicii că Jupiter poate avea și un nucleu difuz, această idee pare să favorizeze modele alternative în care nucleele planetare ale giganților gazoși nu suferă aceleași procese evolutive observate în corpurile stâncoase.

Alternativa este că miezul a devenit difuz, deoarece condițiile miezului interior vor transforma hidrogenul într-un lichid metalic care se poate amesteca cu ușurință cu fier și rocă silicat topită. Deci, este probabil ca structura stratificată timpurie să se erodeze și să se topească încet în timp.

Cu toate acestea, această lucrare nu ar trebui văzută ca ultimul cuvânt despre ceea ce se întâmplă în interiorul lui Saturn. Chiar și după ce au încercat mai multe moduri de a se potrivi cu datele, cercetătorii au concluzionat că „niciunul dintre modele nu este complet satisfăcător”, ceea ce înseamnă că există o mulțime de oportunități pentru cercetători de a modifica parametrii sau de a adăuga caracteristici pentru a se potrivi mai bine.

astronomie naturală, 2021. DOI: 10.1038 / s41550-021-01448-3 (Despre DOI).