Ядро Сатурна представляет собой большой разбросанный твердый шар из камня.

Создание газового гиганта предполагает гонку на время. Планеты выглядят как теплые недавно образовавшиеся звезды, процесс, который быстро выталкивает весь посторонний газ из близлежащих областей формирования планет. Чтобы создать газового гиганта, перед этим процессом должна сформироваться большая скалистая планета, которая должна генерировать гравитационную силу, достаточно большую, чтобы отвести газ, прежде чем оттолкнуть его.

Процесс должен оставить такие планеты, как Юпитер и Сатурн, с твердым каменистым ядром, похороненным глубоко в газовой оболочке. Но подтвердить, что в базовой комплектации было сложно. Теперь исследователи использовали особенности колец Сатурна, чтобы обнаружить эффекты микрогравитации в ядре. Хотя результаты не являются окончательными, результаты показывают, что ядро ​​большое, а твердый как камень участок широко распространен в этом регионе.

Многослойный вид?

Такие планеты, как Земля и Марс, были достаточно горячими во время своего формирования, чтобы создать слоистую структуру с самыми тяжелыми элементами в ядре и самыми легкими материалами вверху. То же самое должно произойти с планетным телом, достаточно большим, чтобы вытащить массивную газовую оболочку. В результате ранние модели внутренних пространств газовых гигантов предполагали серию слоев: внутреннее металлическое ядро, окруженное каменным слоем, а затем металлические газы, сжатые слоями газовой атмосферы над ним.

Отслеживая движение зонда Кассини вокруг системы, мы получили некоторые данные о гравитационном поле Сатурна. Дополнительные данные пришли из осознания того, что движение материала внутри планеты также создает области переменной плотности в кольцах, создавая узоры, которые можно отобразить, когда солнце освещает кольца сзади.

Новая работа основана на особенностях волн, которые мы обнаружили внутри колец Сатурна. По сути, исследователи построили несколько моделей того, как может выглядеть ядро ​​Сатурна, и проверили, действительно ли модели создают те паттерны, которые мы видим. Затем данные реального мира используются для установления ограничений на возможные элементы ядра Сатурна.

Например, наличие определенных особенностей в кольцах означает, что внутри Сатурна должно быть какое-то внутреннее деление. Особенности формируются внутренним эффектом гравитационные волны (примечание: не гравитационные волны) во внутреннем ядре. Присутствие гравитационных волн указывает на то, что существует граница между двумя слоями, разделенными чем-то вроде плотности или химического состава, что сохраняет их отличными от любой внутренней нагрузки в ядре.

установка лимитов

В целом особенности петли помогают исключить множество элементов. Например, если есть резкая граница между ядром и газовой оболочкой, волны, которые появляются в кольце, будут иметь высокую частоту. Поскольку это не так, граница между ними должна быть несколько размытой. В то же время границы не могут быть настолько размытыми, чтобы не было четких границ между слоями внутри Сатурна. Если это правда, не было бы возможности создать одну из функций, которая появляется в цикле.

В целом, модели, которые соответствуют данным, помещают границу ядра Сатурна на значительном расстоянии от центра планеты, примерно 60 процентов пути к поверхности. Это радиус почти 60 000 километров, что более чем в девять раз превышает радиус Земли.

Точный состав мякоти узнать сложно, поскольку ограничения достаточно широки. Общая масса более тяжелых элементов в ядре примерно в 19 раз больше, чем у Земли, что согласуется с моделями образования газовых гигантов, которые помещают в центр камни и железо, хотя большая часть этого материала также может быть водяным льдом. Однако общая масса ядра может в 55 раз превышать массу Земли, что указывает на то, что существует множество других материалов — вероятно, металлический водород и гелий.

Если водород достигает внутреннего ядра, он должен образовывать минеральную жидкость, которая может легко смешиваться с железом и силикатными породами.

В любом случае ясно, что тонко организованные слои, которые мы могли бы ожидать на основе моделей формирования планет, на самом деле, похоже, не существуют. В сочетании с намеками на то, что у Юпитера также может быть диффузное ядро, эта идея, по-видимому, отдает предпочтение альтернативным моделям, в которых планетарные ядра газовых гигантов не претерпевают тех же эволюционных процессов, которые наблюдаются в скалистых телах.

Альтернативой является то, что ядро ​​стало диффузным, потому что условия внутреннего ядра превратят водород в металлическую жидкость, которая может легко смешиваться с железом и расплавленной силикатной породой. Так что вполне вероятно, что ранняя слоистая структура со временем медленно разрушалась и таяла.

Однако эту статью не следует рассматривать как последнее слово о том, что происходит внутри Сатурна. Даже попробовав несколько способов сопоставления данных, исследователи пришли к выводу, что «ни одна из моделей не является полностью удовлетворительной», что означает, что у исследователей есть множество возможностей для настройки параметров или добавления функций, чтобы получить лучшее соответствие.

естественная астрономия, 2021. DOI: 10.1038 / с41550-021-01448-3 (О DOI).