土星氦雨

Saturn eclipsing the sun, seen from behind from the Cassini orbiter.
利用世界上最强的激光束之一,科学家们证实了土星上一种特殊天气现象的存在,并且揭示了木星存在类似现象的可能性。[1]

土星是一颗巨大的气体行星。越向行星深处走,土星“大气”的压力就越强,直到能够把氢和氦都积压成液态。继续往下,液态氢就会呈现出类似金属的导电性,这时氢和氦还混合在一起。再向压力更高的行星深处走,氦在氢中的溶解性就会变化,最终氢和氦会分离开来。[2]一些模型认为,氦液滴会变成“雨”,落向行星的深处。这种“雨”的重力势能使土星释放出的能量比其他模型计算出的值更高。

虽然这些模型被广泛接受,但直到最近,科学家们都没有在实验中观察到液氢和液氦的分离现象。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的 Gilbert Collins 等人,利用纽约罗切斯特大学的 OMEGA 激光,轰击夹在两块钻石晶体之间的液氢和液氦。其中一块晶体会被激光气化,产生的冲击波进一步增加压力。他们观察到,在温度和压力超过一定阈值之后,混合物的导电性明显增强——意味着氦已经从混合物中被分离出来。

不仅如此,在与木星内部温度和压力条件类似的情况下,科学家们也观察到了氢氦分离的现象,说明木星上也可能有类似的过程。

加利福尼亚大学戴维斯分校的 Sarah Stewart 说她将在桑迪亚国家实验室的 Z Machine [3]上,观测相同温度和压力条件下液氢和液氦的行为,以确定 Collins 等人研究的有效性。如果研究证明液氢和液氦的分离确实会在这些条件下发生,将增进我们对巨行星演化过程的理解。

[1] http://news.sciencemag.org/space/2015/12/physicists-find-new-evidence-helium-rain-saturn

[2] https://www.llnl.gov/news/helium-rains-inside-jovian-planets

[3] http://www.sandia.gov/z-machine/