Vědci si nejsou jisti, jak vypadá vnitřek Jupiteru a Saturnu nebo jak vznikly planety. Ale nová studie jejich nitra naznačuje, že se vydali různými cestami k postavení obra.
Výzkumníci modelovali 50 000 co-když vnitřní struktury pomocí skutečných dat ze dvou planet a laboratorních experimentů, které ukazují, jak se materiál chová pod extrémním tlakem. Zjistili, že Saturn má obrovské jádro a Jupiter možná žádné nemá.
"Těžké prvky jsou soustředěny v masivním jádru Saturnu, zatímco tytéž prvky jsou smíchány v celém Jupiteru, s velmi malým nebo žádným centrálním jádrem," řekl Didier Saumon z Los Alamos National Laboratory.
Výsledek zveřejněný minulý týden v časopise Astrophysical Journal souhlasí s podobnými studiemi, ale je mnohem obsáhlejší. "Tyto závěry jsou nyní velmi pevné," řekl Saumon v telefonickém rozhovoru.
Proč tak odlišné?
Obě planety obsahují asi 70 procent vodíku. Většina zbytku jejich make-upu je helium. Mezi zbývající „těžké prvky“patří železo, křemík, uhlík, dusík a kyslík.
Ale proč by jen Saturn skončil s těžkým jádrem? Tato otázka je znepokojující pro teoretiky formování planet.
Přední model pro formování obří planety zahrnuje nejprve vypěstování jádra z kamene a ledu, které je několikanásobně větší než hmotnost Země. Jakmile je toto jádro dostatečně velké, snadno přitahuje a drží plyn, prochází vznikající sluneční soustavou a svítí na vodík a další prvky, které zůstaly ve formaci Slunce.
Ale tento takzvaný core-acretion model má problém. Vybudování plynového obra trvá miliony let a pozorování jiných hvězdných systémů naznačují, že plyn vířící kolem nově zrozené hvězdy se tak dlouho nezdrží.
Alternativní teorie říká, že plynový obr se zhroutil z uzlu plynu. Tato metoda může vytvořit zárodek planety podobné Jupiteru za pouhých 1 000 let. Ale teorie zatím neumožňovala úplné modelování hotové planety, řekl Saumon, a jen hrstka výzkumníků ji přijala.
Jak zdůrazňuje Saumon, pokud má Jupiter malé nebo žádné jádro, zdá se, že to propůjčuje důvěryhodnost myšlence gravitačního kolapsu. Není však připraven vzdát se standardního modelu akrece jádra, částečně proto, že vědci dávají přednost společným řešením pro vysvětlení podobně vypadajících sousedních objektů.
"Skutečně nevěříme, že by tyto dvě planety vznikly dvěma tak odlišnými procesy," řekl.
Drtící tlak
Saumon spekuluje o tom, co se mohlo stát s Jupiterem: Král devíti planet obsahuje 318krát větší hmotnost než Země (Saturn obsahuje asi 95 hmotností Země). Jádro Jupiteru by se během formování pod silným tlakem roztavilo na kapalinu.
"Pokud by nahromadil plyn velmi, velmi rychle, toto velké množství hmoty by se zřítilo dolů dostatečně rychle, aby vyvolalo promíchání jádra," řekl. Ten druh těžkých prvků, které ve středu Saturnu tvoří jádro, se místo toho rozmíchal a rozšířil po celém Jupiteru.
Varuje, že k vyřešení případu je zapotřebí více pozorování.
"Nevidíš jádro," řekl Saumon. "Měření, která máme, jsou velmi nepřímá." Rychlá rotace obři - každý se otočí jednou za každých 10 pozemských hodin - způsobí, že se vyboulí ve střední části způsobem, který závisí na vnitřní struktuře, a vesmírné sondy změřily vybouleniny v gravitačních polích planet během průletů.. "Je to velmi nepřímý způsob určování vnitřní struktury. Ale to je vše, co máme."
Gravitační měření Saturnu kosmickou lodí Cassini, zvláště pokud bude povoleno pracovat déle než čtyři roky plánované primární mise, by mohla zlepšit pochopení jeho hlubokých záhad, řekl Saumon.
