גשם מהליום בענקי הגזים במערכת השמש

בקרוב מודלים המשחזרים את היווצרותם של צדק ושבתאי יראו לגמרי אחרת

טיפות הליום בענקי הגז. אילוסטרציה: ג'ונתן דובויס
טיפות הליום בענקי הגז. אילוסטרציה: ג'ונתן דובויס

כיום קיימים מספר מודלים המסבירים את תהליכי ההתפתחות של ענקי הגזים – צדק ושבתאי. שני כוכבי הלכת מורכבים ברובם ממימן והליום, והם פולטים יותר אנרגיה ממה שהם מקבלים מהשמש.

לאורך השנים ניסו מודלים רבים להסביר את התפתחותם והרכבם של ענקי הגזים, והם פותחו כדי להסביר את קשר בין הגיל, הגודל, המאסה והבהירות. גילויים שונים שיכללו את המודלים ונתנו הסברים ברורים לתהליכים השונים הקשורים לכוכבי הלכת אך המודל העדכני ביותר עדיין מכיל מספר סתירות פנימיות.

בעוד היום ניתן להסביר את קרינת האנרגיה של צדק שנשארה מאז היווצרותו לפני 4.55 מיליארד שנים, המודל לא מצליח להסביר סתירות שקשורות לשבתאי, המודל כלל לא מעריך את הבהירות הנוכחית של שבתאי.

מחקר פורץ דרך

טיפות הליום בענקי הגז. אילוסטרציה: קויי יו-צ'ו
טיפות הליום בענקי הגז. אילוסטרציה: קויי יו-צ'ו

מסיבה זו ניסו החוקרים גישה שונה במקצת. הם קבעו שני דברים, היכן הליום ומימן מתערבבים ובאיזו טמפרטורה הם לא מתערבבים. על ידי ניתוח המאפיינים של תערובת מימן-הליום באטמוספרות הדחוסות של צדק ושבתאי מצאו החוקרים מה הטמפרטורה הדרושה בלחץ נתון על מנת להמיס הליום במימן.

מימן והליום הם שני היסודות הקלים והנפוצים ביותר ביקום. בגלל הזמינות הרבה שלהם הם מהווים מרכיב מהותי בחקר בתהליכי יצירת גרעין אטום ביקום. וכיוון שהם היסודות הבסיסיים שמרכיבים כוכבים וענקי גז הפכו שני היסודות למושא מחקר מרכזי בתחום זה.

מימן כשלעצמו מספק רמזים למבנה הקדום של הגלקסיות. ואולם, מדענים התקשו לקבוע באילו תנאים שני היסודות מתערבבים.

בעזרת סימולציה העושה שימוש בעקרון הראשון של הדינמיקה המולקולרית, החוקרים יצרו משוואה המגדירה את המצב של מימן-הליום בטמפרטורות גבוהות ביותר (4,000-10,000 מעלות קלווין), בדומה לטמפרטורה בתוך שבתאי וצדק.

צוות אמריקאי-איטלקי שערך את המחקר, עשה שימוש במחשבי-העל במעבדה הלאומית על שם לורנס ליוורמור באוניברסיטת אילנוי על מנת לערוך סימולציות במגוון רחב של צפיפויות, טמפרטורות והרכבים. הסימולציות עזרו לחוקרים ליצור משוואה המגדירה את המצב של שני היסודות בהינתן תנאים מוגדרים.

מסקנת המחקר

"תוצאות הסימולציה שלנו עקביות עם הרעיון שחלק גדול של חלקו הפנימי שבתאי בעל תנאים בהם מימן והליום נמצאים בשלבים נפרדים", מספר

אחד החוקרים, "הדבר יכול להסביר את הסתירה הגלויה בין המודלים האבולוציוניים של ימינו למידע התצפיתי משבתאי."

כיוון הענקי הגזים פולטים יותר אנרגיה – הם מתקררים. כוכבי הלכת התקררו מאז היווצרותם והטמפרטורה ירדה לטמפרטורה בה שני היסודות הפסיקו להתערבב. תהליך זה, שסביר שהתרחש בעבר בשבתאי, יכול להוביל ליצירת "טיפות הליום" שנפלו לעבר פנים כוכב הלכת ובכך יצרו מקור חום נוסף.

סיכום

מסתבר כי הטמפרטורה בה שני היסודות מתערבבים גבוהה מספר מונים מהטמפרטורה ששוררת על ענקי הגזים. מסקנה זו כשלעצמה מצדיקה עריכת שינויים במודלים הנוכחיים הקשורים לשבתאי וצדק.

להודעת המעבדה הלאומית על שם לורנס ליוורמור

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

5 תגובות

  1. לרמי
    ברור שהתהליך הזה התרחש גם בעבר ואולם, אם פליטת החום, מענקי הגאזים, גדולה מהחום שהם קולטים מהשמש הרי, משמעות הדבר הינה כי, תהליך הקריסה הגרוויטציונית של ההליום, אל מרכז הפלנטה, עדיין נמשך. תהליך זה הוא מקור האנרגיה הנפלטת. שאלה נוספת שעולה היא, מהם מצבי הצבירה של ההליום בשכבות הפנימיות
    של ענקי הגאזים, לפחות לפי המודלים החישוביים. אין לשלול את האפשרות כי בשכבות הפנימיות ביותר ההליום הנו במצב של נוזל חם, עקב הלחץ הרב.

  2. א.בן-נר:
    גם אני הבנתי את זה באופן דומה וליתר פירוט – הייתי מתאר זאת כך:
    השמש אינה מספקת לשבתאי די קרינה כדי לשמור את הגזים במצב בו הדיפוזיה שלהם גוברת על שקיעת הכבד שבהם – ההליום – לכיוון המרכז. כתוצאה מכך ההליום אכן שוקע. זה קורה כירידה של "גשם" של הליום שנופל לכוון המרכז מאזורים שבהם הגזים מעורבים זה בזה.
    נפילתו של גשם זה מהווה אובדן של אנרגיה פוטנציאלית של כבידה ואנרגיה זו הופכת תחילה לאנרגיה קינטית של תנועת המולקולות ובהמשך לאנרגית קרינה.
    כך מוסבר הפער בין האנרגיה הנקלטת לבין זו הנפלטת (שהיא גבוהה יותר כיוון שבנוסף לאנרגיה שנקלטה נפלטת גם אנרגית החום שנוצרה מנפילת אותו גשם)

  3. שאלה לרמי :
    אם הבנתי נכון אזי המסקנה מהמאמר היא כי, הליבה של ענקי הגאזים, מורכבת מהליום כי,
    מחד הוא כבד מהמימן ומאידך הטמפרטורה שם אינה מספיק חמה בכדי לגרום לעירבוב ההליום והמימן. האמנם ?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן