Rock

Ο Δίας είναι έως και 9% Rock and Metal, πράγμα που σημαίνει ότι έφαγε πολλούς πλανήτες στα νιάτα του

Ο Δίας αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από υδρογόνο και ήλιο. Οι ποσότητες του καθενός συμφωνούν στενά με τις θεωρητικές ποσότητες στο αρχέγονο ηλιακό νεφέλωμα. Περιέχει όμως και άλλα βαρύτερα στοιχεία, τα οποία οι αστρονόμοι ονομάζουν μέταλλα. Παρόλο που τα μέταλλα είναι ένα μικρό συστατικό του Δία, η παρουσία και η κατανομή τους λέει πολλά στους αστρονόμους.

Σύμφωνα με μια νέα μελέτη, η περιεκτικότητα και η κατανομή του σε μέταλλα του Δία σημαίνουν ότι ο πλανήτης έφαγε πολλά βραχώδη πλανητάρια στη νεολαία του.

Από τότε που το διαστημόπλοιο Juno της NASA έφτασε στον Δία τον Ιούλιο του 2016 και άρχισε να συλλέγει λεπτομερή δεδομένα, αλλάζει την κατανόησή μας για το σχηματισμό και την εξέλιξη του Δία. Ένα από τα χαρακτηριστικά της αποστολής είναι το όργανο Gravity Science. Στέλνει ραδιοφωνικά σήματα εμπρός και πίσω μεταξύ του Juno και του Δικτύου Βαθύ Διαστήματος στη Γη. Η διαδικασία μετρά το βαρυτικό πεδίο του Δία και λέει στους ερευνητές περισσότερα για τη σύνθεση του πλανήτη.

Καταργήστε όλες τις διαφημίσεις στο Universe Today

Εγγραφείτε στο Patreon μας για μόλις 3 $!

Αποκτήστε τη δια βίου εμπειρία χωρίς διαφημίσεις

Όταν σχηματίστηκε ο Δίας, ξεκίνησε με τη συσσώρευση βραχώδους υλικού. Ακολούθησε μια περίοδος ταχείας συσσώρευσης αερίου από το ηλιακό νεφέλωμα, και μετά από πολλά εκατομμύρια χρόνια, ο Δίας έγινε το μεγαθήριο που είναι σήμερα. Αλλά υπάρχει ένα σημαντικό ερώτημα σχετικά με την αρχική περίοδο της βραχώδους αύξησης. Συσσώρευσε μεγαλύτερες μάζες πετρωμάτων σαν πλανητοειδείς; Ή συσσώρευσε υλικό σε μέγεθος βότσαλου; Ανάλογα με την απάντηση, ο Δίας σχηματίστηκε σε διαφορετικές χρονικές κλίμακες.

Το διαστημόπλοιο Juno της NASA κατέγραψε αυτήν την άποψη του Δία κατά τη διάρκεια του 40ου κοντινού περάσματος της αποστολής από τον γιγαντιαίο πλανήτη στις 25 Φεβρουαρίου 2022. Η μεγάλη, σκοτεινή σκιά στην αριστερή πλευρά της εικόνας εκτοξεύτηκε από το φεγγάρι του Δία, Γανυμήδη. Δεδομένα εικόνας: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS Επεξεργασία εικόνας από τον Θωμά Θωμόπουλο

Μια νέα μελέτη ξεκίνησε να απαντήσει σε αυτό το ερώτημα. Ο τίτλος του είναι «Ο ανομοιογενής φάκελος του Δία» και δημοσιεύεται στο περιοδικό Astronomy and Astrophysics. Ο κύριος συγγραφέας είναι η Yamila Miguel, Επίκουρη Καθηγήτρια Αστροφυσικής στο Leiden Observatory & The Netherlands Institute for Space Research.

Έχουμε συνηθίσει σε υπέροχες εικόνες του Δία χάρη στο JunoCam του διαστημικού σκάφους Juno. Αλλά αυτό που βλέπουμε είναι μόνο βαθύ δέρμα. Όλες αυτές οι μαγευτικές εικόνες των σύννεφων και των καταιγίδων είναι μόνο το λεπτό 50 km (31 μίλια) εξώτατο στρώμα της ατμόσφαιρας του πλανήτη. Το κλειδί για το σχηματισμό και την εξέλιξη του Δία είναι βαθιά θαμμένο στην ατμόσφαιρα του πλανήτη, η οποία έχει βάθος δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα.

Η αποστολή Juno μας βοηθά να κατανοήσουμε καλύτερα το μυστηριώδες εσωτερικό του Δία.  Εικόνα: By Kelvinsong - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31764016
Η αποστολή Juno μας βοηθά να κατανοήσουμε καλύτερα το μυστηριώδες εσωτερικό του Δία. Εικόνα: By Kelvinsong – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31764016

Είναι ευρέως αποδεκτό ότι ο Δίας είναι ο αρχαιότερος πλανήτης στο Ηλιακό Σύστημα. Αλλά οι επιστήμονες θέλουν να μάθουν πόσο καιρό χρειάστηκε για να σχηματιστεί. Οι συγγραφείς της εργασίας ήθελαν να διερευνήσουν τα μέταλλα στην ατμόσφαιρα του πλανήτη χρησιμοποιώντας το πείραμα Gravity Science του Juno. Η παρουσία και η κατανομή των βότσαλων στην ατμόσφαιρα του πλανήτη παίζει κεντρικό ρόλο στην κατανόηση του σχηματισμού του Δία και το πείραμα Gravity Science μέτρησε τη διασπορά των βότσαλων σε όλη την ατμόσφαιρα. Πριν από το Juno και το πείραμά του στη Gravity Science, δεν υπήρχαν ακριβή δεδομένα για τις αρμονικές της βαρύτητας του Δία.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ατμόσφαιρα του Δία δεν είναι τόσο ομοιογενής όσο πιστεύαμε προηγουμένως. Περισσότερα μέταλλα βρίσκονται κοντά στο κέντρο του πλανήτη από ό,τι στα άλλα στρώματα. Συνολικά, τα μέταλλα αθροίζονται μεταξύ 11 και 30 μάζες της Γης.

Με δεδομένα στα χέρια, η ομάδα κατασκεύασε μοντέλα της εσωτερικής δυναμικής του Δία. «Σε αυτό το έγγραφο, συγκεντρώνουμε την πιο ολοκληρωμένη και ποικιλόμορφη συλλογή εσωτερικών μοντέλων του Δία μέχρι σήμερα και τη χρησιμοποιούμε για να μελετήσουμε την κατανομή των βαρέων στοιχείων στο περίβλημα του πλανήτη», γράφουν.

Η ομάδα δημιούργησε δύο σετ μοντέλων. Το πρώτο σετ είναι μοντέλα 3 επιπέδων και το δεύτερο είναι μοντέλα αραιωμένου πυρήνα.

Οι ερευνητές δημιούργησαν δύο αντίθετους τύπους μοντέλων του Δία. Τα μοντέλα 3 επιπέδων περιέχουν πιο ευδιάκριτες περιοχές, με εσωτερικό πυρήνα μετάλλων, μεσαία περιοχή που κυριαρχείται από μεταλλικό υδρογόνο και εξωτερικό στρώμα που κυριαρχείται από μοριακό υδρογόνο (H2.). Στα μοντέλα αραιού πυρήνα, τα μέταλλα του εσωτερικού πυρήνα αναμειγνύονται στη μεσαία περιοχή, με αποτέλεσμα έναν αραιό πυρήνα.

«Υπάρχουν δύο μηχανισμοί για έναν γίγαντα αερίου όπως ο Δίας να αποκτήσει μέταλλα κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του: μέσω της συσσώρευσης μικρών βότσαλων ή μεγαλύτερων πλανητών», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Miguel. «Γνωρίζουμε ότι όταν ένας μωρός πλανήτης γίνει αρκετά μεγάλος, αρχίζει να σπρώχνει βότσαλα. Ο πλούτος των μετάλλων μέσα στον Δία που βλέπουμε τώρα είναι αδύνατο να επιτευχθεί πριν από αυτό. Μπορούμε λοιπόν να αποκλείσουμε το σενάριο με μόνο βότσαλα ως στερεά κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του Δία. Τα Planetesimals είναι πολύ μεγάλα για να μπλοκαριστούν, επομένως πρέπει να έπαιξαν κάποιο ρόλο».

Η αφθονία των μετάλλων στο εσωτερικό του Δία μειώνεται με την απόσταση από το κέντρο. Αυτό σημαίνει έλλειψη μεταφοράς στη βαθιά ατμόσφαιρα του πλανήτη, που οι επιστήμονες πίστευαν ότι υπήρχε. «Νωρίτερα, πιστεύαμε ότι ο Δίας έχει μεταφορά, όπως το βραστό νερό, με αποτέλεσμα να αναμειγνύεται εντελώς», είπε ο Μιγκέλ. «Αλλά το εύρημα μας δείχνει διαφορετικά».

«Δείχνουμε σθεναρά ότι η αφθονία των βαρέων στοιχείων δεν είναι ομοιογενής στο περίβλημα του Δία», γράφουν οι συγγραφείς στην εργασία τους. «Τα αποτελέσματά μας υποδηλώνουν ότι ο Δίας συνέχισε να συσσωρεύει βαριά στοιχεία σε μεγάλες ποσότητες ενώ το περίβλημά του υδρογόνου-ηλίου μεγάλωνε, σε αντίθεση με τις προβλέψεις που βασίζονταν στη μάζα απομόνωσης από βότσαλο στην απλούστερη ενσάρκωσή του, ευνοώντας αντ ‘αυτού τα πλανητοειδείς ή πιο πολύπλοκα υβριδικά μοντέλα».

Καλλιτεχνική απόδοση ενός πρωτοπλανήτη που σχηματίζεται μέσα στον δίσκο προσαύξησης ενός πρωτοαστέρα Πιστωτική: ESO/L.  Calçada http://www.eso.org/public/images/eso1310a/
Καλλιτεχνική απόδοση ενός πρωτοπλανήτη που σχηματίζεται μέσα στον δίσκο προσαύξησης ενός πρωτοαστέρα Πιστωτική: ESO/L. Calçada http://www.eso.org/public/images/eso1310a/

Οι συγγραφείς καταλήγουν επίσης στο συμπέρασμα ότι ο Δίας δεν αναμειγνύεται με μεταφορά μετά τον σχηματισμό του, ακόμη και όταν ήταν ακόμη νέος και ζεστός.

Τα αποτελέσματα της ομάδας επεκτείνονται επίσης στη μελέτη των αέριων εξωπλανητών και στις προσπάθειες προσδιορισμού της μεταλλικότητάς τους. «Το αποτέλεσμά μας… παρέχει ένα βασικό παράδειγμα για εξωπλανήτες: ένα μη ομοιογενές περίβλημα υποδηλώνει ότι η παρατηρούμενη μεταλλικότητα είναι ένα κατώτερο όριο στη μαζική μεταλλικότητα του πλανήτη».

Στην περίπτωση του Δία, δεν υπήρχε τρόπος να προσδιοριστεί η μεταλλικότητά του από απόσταση. Μόνο όταν έφτασε το Juno οι επιστήμονες μπορούσαν να μετρήσουν τη μεταλλικότητα έμμεσα. «Ως εκ τούτου, οι μεταλλικότητες που συνάγονται από μακρινές ατμοσφαιρικές παρατηρήσεις σε εξωπλανήτες μπορεί να μην αντιπροσωπεύουν τη μαζική μεταλλικότητα του πλανήτη».

Όταν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb ξεκινά τις επιστημονικές λειτουργίες του, ένα από τα καθήκοντά του είναι η μέτρηση της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών και ο προσδιορισμός της σύνθεσής τους. Όπως δείχνει αυτή η εργασία, τα δεδομένα που παρέχει ο Webb ενδέχεται να μην καταγράφουν τι συμβαίνει στα βαθύτερα στρώματα των γιγάντιων πλανητών αερίων.

Περισσότερο:

About the author

admin

Leave a Comment