Новое исследование предполагает, что молодой Юпитер поглотил множество планетезималей

Юпитер почти полностью состоит из водорода и гелия. Количество каждого близко соответствует теоретическим количествам в первичной солнечной туманности.

Но он также содержит другие более тяжелые элементы, которые астрономы называют металлами. Несмотря на то, что металлы составляют небольшую часть Юпитера, их присутствие и распределение многое говорят астрономам.

Согласно новому исследованию, содержание и распределение металлов на Юпитере означает, что в молодости планета съела много каменистых планетезималей. .

С тех пор, как в июле 2016 года космический аппарат НАСА «Юнона» достиг Юпитера и начал собирать подробные данные, он меняет наше представление о формировании и эволюции Юпитера.

Одной из особенностей миссии — гравитация. Научный инструмент. Он посылает радиосигналы туда и обратно между Юноной и сетью дальнего космоса на Земле.

Процесс измеряет гравитационное поле Юпитера и сообщает исследователям больше о составе планеты.

Когда сформировался Юпитер, это началось с нарастания каменистого материала. За этим последовал период быстрой аккреции газа из солнечной туманности, и спустя многие миллионы лет Юпитер стал таким гигантом, каким он является сегодня.

Но есть важный вопрос относительно начального периода аккреции скал. Срослись ли большие массы горных пород, подобных планетезималям? Или он нарастил материал размером с гальку? В зависимости от ответа Юпитер формировался в разных временных масштабах.

Новое исследование призвано ответить на этот вопрос. Он называется «Неоднородная оболочка Юпитера, неоднородная оболочка» и опубликован в журнале Astronomy and Astrophysics. Ведущий автор — Ямила Мигель, доцент астрофизики Лейденской обсерватории и Нидерландского института космических исследований.

Мы привыкаем к великолепным изображениям Юпитера благодаря камере JunoCam космического корабля Juno. Но то, что мы видим, только поверхностно. Все эти завораживающие образы облаков и штормов — это всего лишь тонкий 50-километровый (31 миля) внешний слой атмосферы планеты.

Ключ к образованию и эволюции Юпитера глубоко погребен в атмосфере планеты, которая десятки тысяч километров в глубину.

Широко признано, что Юпитер является самой старой планетой в Солнечной системе. Но ученые хотят знать, сколько времени ушло на его формирование. Авторы статьи хотели исследовать металлы в атмосфере планеты с помощью эксперимента Juno’s Gravity Science.

Присутствие и распределение гальки в атмосфере планеты играют центральную роль в понимании формирования Юпитера, и эксперимент Gravity Science измерил галька рассеивается в атмосфере.

До Юноны и ее эксперимента Gravity Science не было точных данных о гравитационных гармониках Юпитера.

Исследователи обнаружили, что атмосфера Юпитера не так однородна, как раньше думал. Вблизи центра планеты находится больше металлов, чем в других слоях. В общей сложности металлы составляют от 11 до 30 масс Земли.

Имея данные, команда построила модели внутренней динамики Юпитера. «В этой статье мы собираем самую полную и разнообразную коллекцию моделей интерьера Юпитера на сегодняшний день и используем ее для изучения распределения тяжелых элементов в оболочке планеты», — пишут они.

Команда создала два набора. моделей. Первый набор представляет собой трехслойные модели, а второй — модели разбавленного ядра.

«У газового гиганта, подобного Юпитеру, есть два механизма приобретения металлов во время его формирования: путем аккреции мелких камешков или более крупных планетезималей. , — сказал ведущий автор Мигель.

— Мы знаем, что как только маленькая планета становится достаточно большой, она начинает выбрасывать гальку. Такого богатства металлов внутри Юпитера, которое мы видим сейчас, достичь раньше было невозможно. мы можем исключить сценарий, когда во время формирования Юпитера в качестве твердых тел использовались только гальки. Планетезимали слишком велики, чтобы их можно было заблокировать, поэтому они, должно быть, сыграли свою роль».

Обилие металлов в недрах Юпитера уменьшается по мере удаления от центр. Это означает отсутствие конвекции в глубинной атмосфере планеты, которая, по мнению ученых, присутствовала.

«Раньше мы думали, что на Юпитере есть конвекция, как кипящая вода, что делает ее полностью смешанной», — сказал Мигель. «Но наше открытие показывает другое».

«Мы убедительно демонстрируем, что содержание тяжелых элементов в оболочке Юпитера неоднородно», — пишут авторы в своей статье. «Наши результаты показывают, что Юпитер продолжал аккрецировать тяжелые элементы в больших количествах, в то время как его водородно-гелиевая оболочка росла, вопреки предсказаниям, основанным на изолирующей массе гальки в ее простейшем воплощении, отдавая предпочтение вместо этого планетозимальным или более сложным гибридным моделям».

Авторы также пришли к выводу, что Юпитер не смешивался путем конвекции после своего образования, даже когда он был еще молодым и горячим.

Результаты группы также распространяются на изучение газообразных экзопланет. и попытки определить их металличность. «Наш результат… представляет собой базовый пример для экзопланет: неоднородная оболочка подразумевает, что наблюдаемая металличность является нижним пределом металличности всей планеты».

В случае Юпитера не было возможности определить его металличность на расстоянии. Только когда прибыла Юнона, ученые смогли косвенно измерить металличность. «Поэтому металличность, полученная на основе удаленных атмосферных наблюдений экзопланет, может не отражать общую металличность планеты».

Когда космический телескоп Джеймса Уэбба начинает научную работу, одной из его задач является измерение атмосфер экзопланет и определение их сочинение. Как показывает эта работа, данные, которые предоставляет Уэбб, могут не отражать того, что происходит в более глубоких слоях газовых планет-гигантов.

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите исходную статью.