Ученые сочли гелиевые дожди вероятными на Сатурне и маловероятными на Юпитере
Новые расчеты показали, что гелий может выпадать в виде капель глубоко внутри Сатурна. Недра Юпитера, по-видимому, слишком горячие для такого «дождя».
Источник: Новости науки
МОСКВА, 3 сентября /Новости науки/. Ученые уточнили условия возникновения гелиевых дождей в недрах Сатурна и Юпитера. Согласно статье в Nature Communications, это явление вероятно на Сатурне, но маловероятно на более горячем Юпитере.
Гелиевый дождь не имеет ничего общего с привычными атмосферными осадками. При огромных давлениях водород и гелий могут перестать смешиваться. Тогда гелий собирается в капли, которые под действием силы тяжести опускаются к центру планеты. Их падение высвобождает энергию и может дополнительно нагревать газовый гигант.
«Сравнение с современными моделями недр планет показывает, что гелиевый дождь возможен на Сатурне, но маловероятен в более горячих недрах Юпитера», — отмечают авторы исследования.
Ученые использовали молекулярную динамику и модели машинного обучения, обученные на результатах квантово-механических расчетов. Они исследовали смесь водорода и гелия при давлениях от 100 до 1000 гигапаскалей и температурах от 1000 до 12 000 кельвинов. В отдельных расчетах система включала 3456 атомов, тогда как прежние вычисления обычно ограничивались несколькими сотнями атомов и несколькими пикосекундами модельного времени.
Новая граница разделения водорода и гелия оказалась примерно на 2000 кельвинов ниже, чем показывали прежние расчеты для небольших систем. Разница превысила суммарную погрешность, связанную с выбором методов вычисления, машинным обучением, статистикой и неучтенными квантовыми эффектами движения атомных ядер.
В одном из компьютерных экспериментов при давлении 800 гигапаскалей и температуре 7000 кельвинов смесь разделилась на область, богатую гелием, и область с его низкой концентрацией. Процесс завершился за десятки пикосекунд, что указывает на сравнительно низкий энергетический барьер для такого разделения.
Гипотезу гелиевых дождей используют для объяснения нехватки гелия в верхних слоях Сатурна и Юпитера, а также необычно интенсивного теплового излучения этих планет. Разделение веществ может создавать внутри газовых гигантов дополнительные слои, влияющие на перенос тепла, движение вещества и формирование магнитного поля. Новые результаты показывают, что этот механизм особенно важен для Сатурна, тогда как современный Юпитер, вероятно, остается слишком горячим для устойчивого выпадения гелия.
Гелиевый дождь не имеет ничего общего с привычными атмосферными осадками. При огромных давлениях водород и гелий могут перестать смешиваться. Тогда гелий собирается в капли, которые под действием силы тяжести опускаются к центру планеты. Их падение высвобождает энергию и может дополнительно нагревать газовый гигант.
«Сравнение с современными моделями недр планет показывает, что гелиевый дождь возможен на Сатурне, но маловероятен в более горячих недрах Юпитера», — отмечают авторы исследования.
Ученые использовали молекулярную динамику и модели машинного обучения, обученные на результатах квантово-механических расчетов. Они исследовали смесь водорода и гелия при давлениях от 100 до 1000 гигапаскалей и температурах от 1000 до 12 000 кельвинов. В отдельных расчетах система включала 3456 атомов, тогда как прежние вычисления обычно ограничивались несколькими сотнями атомов и несколькими пикосекундами модельного времени.
Новая граница разделения водорода и гелия оказалась примерно на 2000 кельвинов ниже, чем показывали прежние расчеты для небольших систем. Разница превысила суммарную погрешность, связанную с выбором методов вычисления, машинным обучением, статистикой и неучтенными квантовыми эффектами движения атомных ядер.
В одном из компьютерных экспериментов при давлении 800 гигапаскалей и температуре 7000 кельвинов смесь разделилась на область, богатую гелием, и область с его низкой концентрацией. Процесс завершился за десятки пикосекунд, что указывает на сравнительно низкий энергетический барьер для такого разделения.
Гипотезу гелиевых дождей используют для объяснения нехватки гелия в верхних слоях Сатурна и Юпитера, а также необычно интенсивного теплового излучения этих планет. Разделение веществ может создавать внутри газовых гигантов дополнительные слои, влияющие на перенос тепла, движение вещества и формирование магнитного поля. Новые результаты показывают, что этот механизм особенно важен для Сатурна, тогда как современный Юпитер, вероятно, остается слишком горячим для устойчивого выпадения гелия.
