احتمالا باران هلیومی داخل زحل میدان مغناطیسی آن را شکل می‌دهد

فرادید؛ زحل تنها سیاره‌ای است که میدانیم میدان مغناطیسی آن تقریبا به طور دقیقی با محور چرخش خودش همسو است. در آنالیز‌های جدید از داده‌های جمع آوری شده در مدت زمان گردش‌های پایانی ماموریت کاسینی ناسا، ستاره شناسان پیشنهاد می‌دهند که ماهیت بی نظیر این میدان ممکن است یک لایه غلیظ از "باران" هلیومی باشد، که به آرامی بر روی هسته هیدروژن فلزی سیاره می‌بارد. دانشمندان معتقدند که اثر داینامو در چرخش و همرفت سیال رسانا باعث ایجاد میدان‌های مغناطیسی سیاره‌ای می‌شود.

به گزارش فرادید؛ فضاپیما‌های پایونیر و وویجر در دهه‌های گذشته میدان‌های مغناطیسی سیارات خارجی، به همراه جهت گیری آن‌ها را اندازه گیری کرده اند. اما داده‌های جدیدتر مأموریت کاسینی نشان داده که حداکثر انحراف ممکن زحل استثنائا کم و زیر 0.007 درجه است.

برای دهه‌ها، دانشمندان سیاره‌ای تصور می‌کردند که همرفت در فضای داخلی زحل، 99 ٪ هیدروژن و هلیوم است. با این حال، توزیع این عناصر و حالات فیزیکی آن‌ها در داخل سیاره ناشناخته مانده است. اکنون، داده‌های ماه‌های پایانی ماموریت کاسینی به دانشمندان کمک میکند تا شرایط داخلی و توزیع موادی را که به میدان مغناطیسی غیرمعمول زحل منجر می‌شود، درک کنند.

یان و استنلی از دانشگاه جان هاپکینز با استفاده از این داده‌ها نزدیکترین مدل به مشاهدات را ایجاد کردند. در مدل آن‌ها فضای داخلی زحل چهار لایه دارد. هسته داخلی، جامد یا احتمالا یک مایع طبقه طبقه و بدون همرفت است. این لایه شامل سنگ و یخی است که در اطراف آن‌ها زحل متراکم شده و تقریبا از یک چهارم مسیر هسته تا سطح، گسترش یافته است.

لایه بعدی هسته بیرونی همرفتی از هیدروژن فلزی و هلیوم حل شده در آن است که میزبان داینامو سیاره است. فشار و دما در این لایه به حدی زیاد است که ماده به حالتی غیر معمول به نام سیال فوق بحرانی در می‌آید؛ حالتی که نه گاز است نه مایع. این لایه تا 42 درصد مسیر به سمت سطح، امتداد یافته است.

 

لایه سوم هم یک سیال فوق بحرانی است، اما در آن هلیوم در هیدروژن حل نمی‌شود و در عوض مانند روغن در آب، از آن جدا می‌شود. اینجا جایی است که هلیوم در میان سیال هیدروژن می‌بارد، البته بسیار آرام؛ پدیده‌ای که پیش بینی شده بود، اما هیچ وقت مشاهده نشده بود.

بارش هلیومی فقط در فشار‌های بیشتر از یک مگابار (تقریبا یک میلیون برابر فشار اتمسفر زمین در سطح دریا)، اما در فشار‌هایی کمتر از هسته بسیار متراکم اتفاق می‌افتد. در زحل این جابه جایی در فاصله 70 درصد از مسیر به سمت سطح رخ می‌دهد. در حالی که هیدروژن و هلیوم در فشار‌های کمتر و نزدیکتر به سطح با هم مخلوط شده و دوباره درون هسته با هم مخلوط می‌شوند، در فشار یک میلیون اتمسفر مانند روغن و آب مخلوط نشدنی هستند. هلیوم، که حدود یک چهارم سیال را تشکیل می‌دهد، حباب‌هایی را در داخل هیدروژن فلزی تشکیل میدهد که در اعماق سیاره فرو می‌ریزند.

این روند واقعا کند است. بارش هلیوم چندان زیاد نیست، زیرا به آرامی به لایه پایینی بارش می‌رسد، جایی که فشار‌ها آنقدر زیاد می‌شوند تا هلیوم تبدیل به فلز شده و می‌تواند در هیدروژن فلزی حل شود.

ناسا ماموریت جونو در مشتری را تا سال 2025 تمدید کرده است، که به گفته Cao اطلاعات دقیق‌تر و بیشتری درباره مشتری و زحل برای انجام سیارہ شناسی قیاسی فراهم می‌کند. این مسئله منجر به درک بهتر از لایه‌های داخلی دو غول گازی می‌شود و حقایق بیشتری درمورد شکل گیری کره زمین را در چهار و نیم میلیارد سال پیش روشن می‌کند.

بخش زیادی از جو این سیارات گازی بزرگ از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. مدت‌هاست دانشمندان پیش‌بینی کرده‌اند که تحت چنین شرایطی هلیوم به شکل قطرات باران درآمده و بر روی سطح سیاره سقوط می‌کند، اما انجام آزمایشات برای بررسی آن‌ها دشوار بوده است.

اکنون به لطف محققان دانشگاه روچستر (Rochester)، برکلی (UC Berkeley)، آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (Lawrence Livermore) و کمیسیون انرژی‌های جایگزین و انرژی اتمی فرانسه این شرایط جوی و باران هلیومی این سیارات درون آزمایشگاه بازسازی شده است.

دانشمندان ابتدا با استفاده از سلول سندان الماس (DAC) که وسیله‌ای برای ایجاد فشار بالا است ترکیبی از هلیوم و هیدروژن را به اندازه‌ی 40 هزار برابر فشار جو زمین فشرده کردند. سپس به آن لیزر پرقدرت شکلیک کردند که باعث ایجاد موج‌هایی قوی شد که این ماده را بیشتر فشرده می‌کرد. این ترکیب تا دمایی بین چهار هزار 425 تا 9 هزار و 925 درجه‌ی سانتی‌گراد گرم شد.

سپس زمانی که محققان بازتاب سیگنال‌های به دست آمده را بررسی کردند مشاهده کردند که رسانایی الکتریکی در برخی نقاط به سرعت در حال تغییر است. این بدان معناست که هلیوم و هیدروژن در حال جدا شدن از هم هستند و در نتیجه هلیوم‌ها به یکدیگر متصل شده و تبدیل به قطراتی می‌شوند و در میان هیدروژن‌ها قرار می‌گیرند. درست همانطور که دانشمندان پیش‌بینی کرده بودند این قطرات سنگین مانند باران فرو می‌ریزند

گیلبرت کالینز (Gilbert Collins) نویسنده‌ی اصلی این مقاله می‌گوید: آزمایشات ما نشان می‌دهد که قطرات هلیوم به شکل باران بر روی سطح مشتری و زحل می‌ریزند. این تحقیقات به ما در درک بهتر ماهیت و تکامل مشتری کمک می‌کند سیاره‌ای که مدت‌ها از سیاره ما در برابر اجرام فضایی محافظت کرده است.

هلیوم تنها ماده‌ی عجیبی نیست که به صورت باران بر سطح سیارات دیگر می‌بارد. ستاره‌شناسان پیش از این شواهدی از بارش سنگ، الماس، یاقوت، آهن یا اکسید تیتانیوم نیز یافته‌اند.

منبع: skyandtelescope