การตกแต่งภายในของดาวก๊าซยักษ์สองดวง ได้แก่ จูปิเตอร์และดาวเสาร์ โดยปกติเมื่อเรานึกถึงโลหะเหลวเรามีความคิดเกี่ยวกับปรอทเหลวที่อุณหภูมิห้อง (หรือโลหะเหลวที่ประกอบขึ้นใหม่ T-1000 ที่เล่นโดย Robert Patrick ในภาพยนตร์ Terminator 2) เราไม่ค่อยคิดว่าองค์ประกอบสองอย่างที่มีมากที่สุดในจักรวาลนั้นเป็นโลหะเหลวในบางสภาวะ และนี่คือสิ่งที่ทีมนักฟิสิกส์จาก UC Berkley กำลังอ้างสิทธิ์ ฮีเลียมและไฮโดรเจนสามารถรวมตัวกันถูกบังคับโดยแรงกดดันมหาศาลที่อยู่ใกล้กับแกนกลางของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ก่อตัวเป็นโลหะผสมของเหลวซึ่งอาจเปลี่ยนการรับรู้ของเราว่าอยู่ใต้พายุ Jovian เหล่านั้น ...
โดยปกตินักฟิสิกส์ดาวเคราะห์และนักเคมีมักให้ความสนใจกับลักษณะขององค์ประกอบที่มีมากที่สุดในจักรวาล: ไฮโดรเจน แท้จริงแล้วกว่า 90% ของทั้งดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เป็นไฮโดรเจนด้วย แต่ภายในบรรยากาศของยักษ์ก๊าซเหล่านี้ไม่ใช่อะตอมไฮโดรเจนแบบธรรมดามันเป็นก๊าซไฮโดรเจนไดอะตอมอะตอมที่ซับซ้อนอย่างน่าประหลาดใจ (เช่นโมเลกุลไฮโดรเจน, H2) ดังนั้นเพื่อให้เข้าใจถึงพลศาสตร์และธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตในดาวเคราะห์ที่มีมวลมากที่สุดในระบบสุริยะของเรานักวิจัยจาก UC Berkley และ London กำลังมองหาองค์ประกอบที่ง่ายกว่ามาก ก๊าซที่มีมากที่สุดเป็นอันดับสองในจักรวาล: ฮีเลียม
Raymond Jeanloz อาจารย์ที่ UC Berkeley และทีมของเขาได้ค้นพบลักษณะที่น่าสนใจของฮีเลียมที่แรงกดดันสูงซึ่งสามารถออกแรงใกล้กับแกนกลางของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ ฮีเลียมจะสร้างโลหะผสมของเหลวโลหะเมื่อผสมกับไฮโดรเจน สถานะของสสารนี้คิดว่าเป็นของหายาก แต่การค้นพบใหม่เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าโลหะผสมฮีเลียมโลหะเหลวอาจจะพบได้บ่อยกว่าที่เราเคยคิดไว้
“นี่คือความก้าวหน้าในแง่ของความเข้าใจในวัสดุและที่สำคัญเนื่องจากเพื่อให้เข้าใจวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ในระยะยาวเราจำเป็นต้องทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติของพวกมันในเชิงลึก การค้นพบนี้ยังน่าสนใจจากมุมมองของการทำความเข้าใจว่าทำไมวัสดุถึงเป็นแบบนั้นและอะไรเป็นตัวกำหนดเสถียรภาพและคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี.” - Raymond Jeanloz
ดาวพฤหัสบดียกตัวอย่างแรงกดดันมหาศาลต่อก๊าซในชั้นบรรยากาศ เนื่องจากมีมวลมากจึงสามารถคาดการณ์ความกดดันได้ถึง 70 ล้านชั้นบรรยากาศของโลก (ไม่นั่นไม่เพียงพอที่จะเริ่มการหลอมรวม ... ) สร้างอุณหภูมิแกนกลางระหว่าง 10,000 ถึง 20,000 K (ที่ร้อนกว่า 2-4 เท่า โฟโตสเฟียร์ของซัน!) ดังนั้นฮีเลียมจึงถูกเลือกให้เป็นองค์ประกอบในการศึกษาภายใต้สภาวะสุดขั้วเหล่านี้ซึ่งเป็นก๊าซที่ประกอบขึ้นเป็น 5-10% ของสสารที่สังเกตได้ของจักรวาล
การใช้กลไกควอนตัมในการคำนวณพฤติกรรมของฮีเลียมภายใต้แรงกดดันและอุณหภูมิที่แตกต่างกันมากนักวิจัยพบว่าฮีเลียมจะกลายเป็นโลหะเหลวที่ความดันสูงมาก โดยปกติฮีเลียมจะคิดว่าเป็นก๊าซที่ไม่มีสีและโปร่งใส ในสภาพบรรยากาศโลกนี่เป็นเรื่องจริง อย่างไรก็ตามมันกลายเป็นสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงที่ 70 ล้านชั้นบรรยากาศโลก แทนที่จะเป็นก๊าซที่มีฉนวนมันจะกลายเป็นสารโลหะที่เป็นตัวนำเช่นเดียวกับปรอท“สะท้อนแสงน้อยลงเท่านั้น” Jeanloz เพิ่ม
ผลลัพธ์นี้มาด้วยความประหลาดใจเนื่องจากมีการคิดอยู่เสมอว่าความกดดันครั้งใหญ่ทำให้องค์ประกอบเช่นไฮโดรเจนและฮีเลียมกลายเป็นโลหะได้ยากขึ้น นี่เป็นเพราะอุณหภูมิสูงในสถานที่เช่นแกนกลางของดาวพฤหัสบดีทำให้เกิดการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้นในอะตอมจึงเบี่ยงเบนเส้นทางของอิเล็กตรอนที่พยายามไหลในวัสดุ หากไม่มีอิเล็กตรอนไหลวัสดุจะกลายเป็นฉนวนและไม่สามารถเรียกว่า "โลหะ"
อย่างไรก็ตามการค้นพบใหม่เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าการสั่นสะเทือนของอะตอมภายใต้แรงกดดันชนิดนี้มีผลในทางตรงกันข้ามกับการสร้างเส้นทางใหม่เพื่อให้อิเล็กตรอนไหล ทันใดนั้นฮีเลียมเหลวก็นำไฟฟ้าซึ่งหมายความว่ามันเป็นโลหะ
ในอีกทางหนึ่งคิดว่าโลหะเหลวของฮีเลียมสามารถผสมกับไฮโดรเจนได้อย่างง่ายดาย ฟิสิกส์ของดาวเคราะห์บอกเราว่ามันเป็นไปไม่ได้ไฮโดรเจนและฮีเลียมแยกออกจากกันเช่นน้ำมันและน้ำภายในร่างยักษ์ก๊าซ แต่ทีมของ Jeanloz พบว่าทั้งสององค์ประกอบสามารถผสมกันได้จริงสร้างโลหะผสมโลหะเหลว ถ้าเป็นเช่นนี้จะต้องมีการคิดอย่างจริงจังเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดาวเคราะห์
ทั้งดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ปล่อยพลังงานมากกว่าดวงอาทิตย์ให้ความหมายว่าดาวเคราะห์ทั้งสองกำลังก่อตัวพลังงานของพวกเขาเอง กลไกที่ได้รับการยอมรับสำหรับสิ่งนี้คือการควบแน่นหยดก๊าซฮีเลียมที่ตกลงมาจากชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์และแกนกลางปล่อยศักยภาพความโน้มถ่วงเมื่อฮีเลียมตกลงเป็น "ฝน" อย่างไรก็ตามหากงานวิจัยนี้ได้รับการพิสูจน์ว่าเป็นเช่นนั้นการตกแต่งภายในของก๊าซยักษ์น่าจะมีลักษณะเหมือนกันมากกว่าที่เคยคิดไว้ซึ่งหมายความว่าไม่มีฮีเลียมหยด
ดังนั้นภารกิจต่อไปของ Jeanloz และทีมของเขาคือการหาแหล่งพลังงานสำรองที่สร้างความร้อนในแกนกลางของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ (ดังนั้นอย่าเขียนตำราใหม่อีกครั้ง ...)
ที่มา: UC Berkeley
