Ученые создали компьютерную модель внутреннего строения Юпитера, которая успешно коррелирует с наблюдениями. Ядро Юпитера небольшое, но внешняя оболочка из металлического водорода богата тяжелыми элементами, концентрация которых увеличивается к центру планеты.
Внешние части Солнечной системы населяют планеты, которые сильно отличаются от Земли. У газовых гигантов отсутствует привычная твердая поверхность, а под облаками скрывается масса газов и «льда», подвергающаяся огромным давлению и температуре.
Согласно классической теории, газовые гигантыПланеты, к которым принадлежат Юпитер и Сатурн, состоят из трёх слоёв: плотной оболочки из водорода и гелия, мантии из . металлического водородаИ относительно маленького ядра, состоящего из необычных скальных и ледяных образований (Уран и Нептун теперь относятся к отдельной категории — ледяным гигантам).
До недавних пор проверить это оставалось невозможным. Самый простой способ выяснить структуру внутренних слоев других планет — провести точное измерение гравитационного поля планеты с близкой орбиты и по его результатам составить модель распределения вещества внутри нее.
В двадцать первом веке воздействие гигантов, наконец, . исследовали Благодаря точному измерению путей движения космических кораблей — Юноны» у Юпитера и «КассиниАнализ 2017 года показал разницу между представлениями о внутреннем строении Юпитера и его наблюдениями.
Его ядро оказалось растворенным в металлическом водороде: концентрация металлов, которые астрономы относят ко всем элементам тяжелее гелия, снижается по мере удаления от центра планете плавно и остается значительной приблизительно до половины ее радиуса.
Группа учёных из SRON и других стран представила новую работу. провела Новая компьютерная модель строения Юпитера опубликована. здесьВ этот раз стремление было к поиску модели, способной достичь более точного совпадения как с результатами гравитационных исследований, так и с остальными наблюдательными данными.
Внутренности Юпитера оказываются более нагретыми, чем считалось раньше, однако полное смешение отсутствует из-за специфического состояния вещества. Вследствие этого температура облачного слоя ниже прогнозируемой, а тяжёлые элементы внутри планеты распределены неравномерно.
Новые модели исключают четкий переход между ядром и мантией и равномерное распределение тяжелых элементов. Концентрация последних постепенно увеличивается по мере погружения в глубину, подтверждая гипотезу «растворенного ядра».
Предположив, ссылаясь на прошлые исследования, что общее количество тяжёлых элементов в Юпитере равно 24-28 земным массам (при этом Юпитер в 318 раз массивнее Земли), получаем следующую картину.
Внутреннее ядро Юпитера, состоящее из тяжёлых элементов, весит не более семи, скорее всего, четырех земных масс. Две массы состоят из водяного пара, метана, аммиака и сероводорода и находятся в верхних слоях планеты. Оставшиеся 15-25 масс распределены по нижней мантии из металлического водорода, где растворены «скалы» — силикаты и железные сплавы.
Новая модель согласуется с содержанием тяжелых элементов в верхней атмосфере Юпитера, наблюдаемым ранее. Она подтверждает, что зональные пояса ветров, видимые как полосы на диске планеты, простираются на три тысячи километров вниз, где давление достигает 100 тысяч атмосфер.
Модель помогает понять механизм проникновения тяжёлых элементов на Юпитер во время его формирования. Она лучше всего согласуется с гипотезой об ударах крупными планетезималями, чем о постоянном дожде мельчайших фрагментов.
В дополнение к измерению гравитационного поля существует другой способ изучения внутренних слоёв планет: сейсмология. Эта методика пригодна для газовых, ледяных гигантов, скалистых планет и звезд, давая более точные результаты, чем гравитационный метод.
Если тело не обладает твердой поверхностью, измерения проводятся не вибраций, а непрерывных колебаний газовых оболочек небесного объекта. Надеемся, что когда-нибудь в атмосфере Юпитера и других гигантов появятся долгоживущие зонды, которые непосредственно измерить их дыхание и пульс.