תנודות מסתוריות בטבעות שבתאי חושפות רמזים על הפנים ה'מטושטש' שלו

(NASA/JPL-Caltech/מכון למדעי החלל)

מה יש בענקית גז?

לא ממש. הפנים של צדק ושבתאי הם למעשה די קשה לחקור. אבל מערכת הטבעות המפוארת והענפה הייחודית של שבתאי מתגלה ככלי מצוין להבנת הצפיפות עמוק מתחת לשכבות העננים העבות שלו, עד הליבה.

הליבה הזו, לפי ניתוח חדש של 'תנודות' בטבעת הראשית הפנימית ביותר של שבתאי, כנראה אינה כדור צפוף של ניקל וברזל, כפי שחושבים כרגע , אבל אזור 'מטושטש' של מימן והליום ברובו, עם ערבוב הדרגתי של יסודות כבדים יותר, המשתרע עד ל-60 אחוז מרדיוס כוכב הלכת ומכיל כ-17 מסות כדור הארץ של קרח וסלע.

הממצא הזה, פורסם בשרת ה-preprint arXiv ומחכה ביקורת עמיתים , דומה ל ממצאים אחרונים על פנים צדק מבוסס על נתוני ג'ונו, וזה יכול לשנות את ההנחות שלנו לגבי המבנה וההיסטוריה המוקדמת של שבתאי.

איך נוכל ללמוד את זה מהטבעות של שבתאי? הכל קשור לאופן שבו רעמים בבטן של שבתאי משפיעים על שדה הכבידה החיצוני של כוכב הלכת.

גלים אקוסטיים ותנודות בתוך גופים קוסמיים הם כלי מבריק לבדיקת המבנה הפנימי שלהם. אנחנו עושים את זה כאן על כדור הארץ, שם רעידות שולחות גלים דומים מפככים על פני כדור הארץ; איך הגלים האלה מקפצים שם בפניםלחשוף צפיפויות שונות, מה שמאפשר לנו לזהות מבנים שלעולם לא יכולנו לקוות לראות. בשמש ובכוכבים אחרים, גלים אקוסטיים פנימיים מתבטאים בתנודות בהירות.

שבתאי אינו מקום לסייסמומטר, והוא לא עובר תנודות בהירות, אבל לפני כמה שנים , מדענים הבחינו בדפוסי חתימה בטבעת C של שבתאי, הפנימית שבטבעות העיקריות שלו.

אלה, הם הסיקו, לא סביר שייווצרו על ידי ירחי שבתאי, שכן תבניות כאלה נמצאות בטבעות החיצוניות; במקום זאת, נראה שהם נוצרים על ידי תנודות בעומק הפנים הפלנטריים, המשפיעות על שדה הכבידה.

תרשים 2015 המראה כיצד תנודות פנימיות צריכות להשפיע על הטבעות של שבתאי. (מתיו הדמן/אוניברסיטת איידהו)

כך צמח תחום הקרונוזיזם: חקר פנים שבתאי על ידי ניתוח גלים אלו בטבעת C.

כעת, האסטרופיזיקאים כריסטופר מנקוביץ' וג'ים פולר מ-Caltech ערכו ניתוח חדש של גל טבעת C פנימי שאופיין בעבר, שתדירותו הייתה נמוכה בהרבה מהצפוי מדגם הפנים המבוסס של שבתאי. דפוס תדר זה, הם מצאו, מציבה מגבלה חדשה ומחמירה על הרכבו הפנימי של שבתאי.

'המודלים שלנו מציבים מגבלות הדוקות על המסה והגודל של ליבת היסודות הכבדים של שבתאי, אפילו שהטבע הדליל של ליבה זו דורש תיאור יותר ניואנסים מאשר במודלים מסורתיים עם שכבות,' הם כתבו בעיתון שלהם .

בהתבסס על אילוצים אלה, הם הסיקו שמסת הליבה היא בערך פי 55 מהמסה של כדור הארץ, המכילה 17 מסות כדור הארץ של סלע וקרח. השאר יהיו בעיקר מימן והליום; כל העניין מפוזר ומעורב בהדרגה, ולא ריבוד מסודר בקפדנות, עם ריכוז צפוף יותר של יסודות כבדים יותר במרכז.

זה מציב אתגר עבור מודלים של היווצרות פלנטרית. נהוג לחשוב שכוכבי לכת נוצרים ממודל של צבירת חלוקים מלמטה למעלה, שבו גושי סלע קטנים קשורים זה לזה בצורה אלקטרוסטטית עד שה'זרע' הפלנטרי גדול מספיק כדי למשוך יותר ויותר חומר כבידה - ובסופו של דבר יוצרים כוכב לכת.

עבור ענקי גז, כמו צדק ושבתאי, חשבו שחומר כבד יותר שוקע לכיוון המרכז, ויוצר ליבה מוצקה ומאפשר לגז בצפיפות נמוכה יותר לעלות לאזורים החיצוניים.

דגמים אחרונים מציעים יותר הפצה הדרגתית של החומר ; או שזה אפשרי ערבוב הסעה מביא לפיזור הדרגתי יותר.

למרות זאת, יש מודלים של מסלולי היווצרות עבור ליבה מטושטשת מאתגר מוכח , וסביר להניח שיידרש ג'יגרי-פוקרי מדעי מורכב יותר כדי להבין היטב כיצד זה יכול לקרות.

עם זאת, זה אולי לשים את העגלה קצת לפני הסוס. המחקר החדש מבוסס על גל טבעת C אחד. קצת יותר קרונוזיזם תעזור לאמת את הפרשנות של ליבת שבתאי מטושטשת.

המחקר זמין ב arXiv .

אודותינו

פרסום עובדות עצמאיות ומוכחות של דיווחים על בריאות, מרחב, טבע, טכנולוגיה וסביבה.