Ο πυρήνας του Κρόνου είναι μια μεγάλη, διάσπαρτη, συμπαγής σφαίρα βράχου

Ο σχηματισμός ενός γίγαντα φυσικού αερίου περιλαμβάνει έναν αγώνα με το χρόνο. Οι πλανήτες εμφανίζονται ως νεοσχηματισμένα αστέρια ζεστά, μια διαδικασία που ωθεί γρήγορα όλο το αδέσποτο αέριο από τις κοντινές περιοχές σχηματισμού πλανητών. Για να δημιουργηθεί ένας γίγαντας αερίου, ένας μεγάλος βραχώδης πλανήτης πρέπει να σχηματιστεί πριν από αυτή τη διαδικασία και να δημιουργήσει μια δύναμη βαρύτητας αρκετά μεγάλη ώστε να απομακρύνει το αέριο πριν το απομακρύνει.

Η διαδικασία θα πρέπει να αφήσει πλανήτες όπως ο Δίας και ο Κρόνος με έναν συμπαγή, βραχώδη πυρήνα χωμένο βαθιά στο περίβλημα του αερίου. Αλλά επιβεβαιώνοντας ότι η βασική διαμόρφωση ήταν δύσκολη. Τώρα, οι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει χαρακτηριστικά στα δαχτυλίδια του Κρόνου για να ανιχνεύσουν τις επιδράσεις της μικροβαρύτητας από τον πυρήνα. Παρόλο που τα αποτελέσματα δεν είναι οριστικά, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο πυρήνας είναι μεγάλος και το τμήμα σκληρού βράχου είναι ευρέως διαδεδομένο σε αυτήν την περιοχή.

Πολυεπίπεδη εμφάνιση;

Πλανήτες όπως η Γη και ο Άρης ήταν αρκετά ζεστοί κατά τον σχηματισμό τους για να δημιουργήσουν μια πολυεπίπεδη δομή, με τα βαρύτερα στοιχεία στον πυρήνα και τα ελαφρύτερα υλικά στην κορυφή. Το ίδιο θα πρέπει να συμβεί σε ένα πλανητικό σώμα αρκετά μεγάλο για να βγάλει έναν τεράστιο φάκελο αερίου. Ως αποτέλεσμα, τα πρώτα μοντέλα εσωτερικών χώρων γιγάντιου αερίου πρότειναν μια σειρά στρωμάτων: έναν μεταλλικό εσωτερικό πυρήνα που περιβάλλεται από ένα βραχώδες στρώμα και στη συνέχεια μεταλλικά αέρια συμπιεσμένα από τα αέρια ατμοσφαιρικά στρώματα πάνω του.

Παρακολουθώντας την κίνηση του καθετήρα Cassini γύρω από το σύστημα, λάβαμε κάποια δεδομένα για το βαρυτικό πεδίο του Κρόνου. Πρόσθετα δεδομένα προήλθαν από τη συνειδητοποίηση ότι η κίνηση του υλικού μέσα στον πλανήτη δημιουργεί επίσης περιοχές μεταβλητής πυκνότητας στους δακτυλίους, δημιουργώντας σχέδια που μπορούν να απεικονιστούν όταν ο ήλιος φωτίζει τους δακτυλίους από πίσω.

Το νέο έργο βασίζεται στα χαρακτηριστικά των κυμάτων που ανακαλύψαμε μέσα στους δακτυλίους του Κρόνου. Ουσιαστικά, οι ερευνητές κατασκεύασαν πολλά μοντέλα για το πώς θα μπορούσε να μοιάζει ο πυρήνας του Κρόνου και έλεγξαν αν τα μοντέλα θα δημιουργούσαν πραγματικά τα μοτίβα που βλέπουμε. Τα δεδομένα του πραγματικού κόσμου χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για να θέσουν περιορισμούς στα πιθανά στοιχεία του πυρήνα του Κρόνου.

Ακριβώς επειδή υπάρχουν ορισμένα χαρακτηριστικά στους δακτυλίους, για παράδειγμα, σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχει κάποια εσωτερική διαίρεση στο εσωτερικό του Κρόνου. Τα χαρακτηριστικά διαμορφώνονται από ένα εσωτερικό αποτέλεσμα βαρυτικά κύματα (σημείωση: όχι βαρυτικά κύματα) στον εσωτερικό πυρήνα. Η παρουσία βαρυτικών κυμάτων υποδηλώνει ότι υπάρχει ένα όριο μεταξύ δύο στρωμάτων, χωρισμένο από κάτι σαν πυκνότητα ή χημική σύνθεση, το οποίο τα διατηρεί ξεχωριστά έναντι οποιουδήποτε εσωτερικού φορτίου στον πυρήνα.

θέτοντας όρια

Γενικά, τα χαρακτηριστικά του βρόχου βοηθούν στον αποκλεισμό πολλών στοιχείων. Για παράδειγμα, εάν υπάρχει ένα έντονο όριο μεταξύ του πυρήνα και του περιβλήματος αερίου, τα κύματα που εμφανίζονται στον δακτύλιο θα έχουν υψηλή συχνότητα. Δεδομένου ότι αυτό δεν συμβαίνει, το όριο μεταξύ των δύο θα πρέπει να είναι κάπως θολό. Ταυτόχρονα, τα όρια δεν μπορούν να είναι τόσο θολά ώστε να μην υπάρχουν σαφή όρια μεταξύ των στρωμάτων στο εσωτερικό του Κρόνου. Εάν είναι αλήθεια, δεν θα υπήρχε τρόπος να παραχθεί ένα από τα χαρακτηριστικά που εμφανίζονται στον βρόχο.

Σε γενικές γραμμές, τα μοντέλα που ταιριάζουν στα δεδομένα θέτουν το πυρήνα του Κρόνου σε σημαντική απόσταση από το κέντρο του πλανήτη, περίπου το 60 τοις εκατό του δρόμου προς την επιφάνεια. Αυτή είναι μια ακτίνα σχεδόν 60.000 χιλιομέτρων, ή περισσότερες από εννέα φορές την ακτίνα της Γης.

Είναι δύσκολο να γνωρίζουμε την ακριβή σύνθεση του πολτού, επειδή οι περιορισμοί είναι μάλλον ευρείς. Η συνολική μάζα των βαρύτερων στοιχείων στον πυρήνα είναι περίπου 19 φορές αυτή της Γης, σύμφωνα με τα μοντέλα σχηματισμού γιγάντιων αερίων που έθεσαν πέτρα και σίδηρο στο κέντρο, αν και μεγάλο μέρος αυτού του υλικού θα μπορούσε επίσης να είναι πάγος νερού. Ωστόσο, η συνολική μάζα του πυρήνα μπορεί να είναι τόσο μεγάλη όσο η 55πλάσια της Γης, γεγονός που υποδηλώνει ότι υπάρχει άφθονο άλλο υλικό εκεί έξω – πιθανώς το μεταλλικό υδρογόνο και το ήλιο.

Εάν το υδρογόνο φτάσει στον εσωτερικό πυρήνα, θα πρέπει να σχηματίσει ένα ορυκτό υγρό που μπορεί εύκολα να αναμειχθεί με σίδηρο και πυριτικά πετρώματα.

Σε κάθε περίπτωση, είναι σαφές ότι τα καλά οργανωμένα στρώματα που θα μπορούσαμε να περιμένουμε βάσει μοντέλων πλανητικού σχηματισμού δεν φαίνεται να υπάρχουν πραγματικά. Σε συνδυασμό με υπαινιγμούς ότι ο Δίας μπορεί επίσης να έχει διάχυτο πυρήνα, αυτή η ιδέα φαίνεται να ευνοεί εναλλακτικά μοντέλα στα οποία οι πλανητικοί πυρήνες αερίων γιγάντων δεν υποβάλλονται στις ίδιες εξελικτικές διαδικασίες που παρατηρούνται σε βραχώδη σώματα.

Η εναλλακτική λύση είναι ότι ο πυρήνας έχει διαχυθεί, επειδή οι συνθήκες του εσωτερικού πυρήνα θα μετατρέψουν το υδρογόνο σε ένα μεταλλικό υγρό που μπορεί εύκολα να αναμειχθεί με σίδηρο και λιωμένο πυριτικό πέτρα. Είναι πιθανό λοιπόν ότι η πρώιμη πολυεπίπεδη δομή διαβρώθηκε και λιώνει αργά με την πάροδο του χρόνου.

Ωστόσο, αυτό το έγγραφο δεν πρέπει να θεωρηθεί ως η τελευταία λέξη για το τι συμβαίνει μέσα στον Κρόνο. Ακόμη και μετά από πολλούς τρόπους αντιστοίχισης των δεδομένων, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι “κανένα από τα μοντέλα δεν είναι απολύτως ικανοποιητικό”, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν πολλές ευκαιρίες για τους ερευνητές να τροποποιήσουν παραμέτρους ή να προσθέσουν χαρακτηριστικά για καλύτερη προσαρμογή.

φυσική αστρονομία, 2021. DOI: 10.1038 / s41550-021-01448-3 (Σχετικά με τα DOI).