Секрет вечной молодости Сатурна
Если верить уравнениям состояния в физике, Сатурн существует всего около двух миллиардов лет. Но поскольку другие планеты Солнечной системы образовались 4,5 миллиарда лет назад, астрономы ищут другое объяснение того, почему планета-гигант такая удивительно теплая. И они оказывают реальное давление в своих усилиях: с помощью одного из крупнейших в мире лазеров они создают условия, подобные тем, которые находятся внутри Сатурна. В экспериментах образец тяжелого водорода был металлическим и более плотным, чем предполагалось теоретически. Сравнение с изречением «стрелять из пушек по воробьям» было бы сильным преуменьшением. Лазер Nova, используемый Гилбертом Коллинзом и его коллегами из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, имеет размер дома, а цель лазерных импульсов находится в небольшой камере для медных образцов. Во время экспериментов исследователи покидают лабораторию и управляют аппаратом из безопасного диспетчерского пункта. С оглушительным хлопком лазер испускает десять импульсов, мощность которых на крохотный миг превышает мощность всех электростанций США вместе взятых.
В центре высокоэнергетического луча света находится камера для образцов, содержащая каплю дейтерия - изотопа водорода, в ядре которого есть протон и нейтрон. Лазерный луч попадает в досылатель в верхней части камеры и яростно стреляет внутрь. Это передает ударную волну дейтерию. Пучок рентгеновских лучей, проходящий через два бериллиевых окна в камере, позволяет измерять скорость удара, возрастающее давление и результирующую плотность образца. Другой лазер используется для проверки их отражательной способности, по которой видно, когда материал переходит в металлическое состояние. Все это происходит всего за пять-десять наносекунд (миллиардных долей секунды), затем взрывается измерительная ячейка, приходят ученые, убирают и готовят следующий эксперимент.
Результаты экспериментов отчасти удивили. Например, Коллинз и его сотрудники обнаружили, что при давлении более половины мегабара плотность дейтерия увеличивается в шесть раз вместо теоретически предсказанного раза в четыре. Кроме того, переход в металлическое состояние происходил при более низком давлении, чем ожидалось (Science, 21 августа 1998 г.).
Жиль Шабрие из Ecole Normale Supérieure в Лионе называет работу «чрезвычайно важной для астрофизики». Это позволяет ученым получить первое впечатление о реальных условиях на такой гигантской газовой планете, как Сатурн. Если водород, составляющий 90 процентов Сатурна, претерпевает фазовый переход при высоком давлении и размягчается, он может запасать энергию таким образом - подобно водяному пару, который обладает большей энергией, чем жидкая вода. В результате Сатурн мог оставаться относительно теплым, несмотря на преклонный возраст.
Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft является оператором этого портала. Его электронные и печатные журналы, в том числе «Spektrum der Wissenschaft», «Gehirn&Geist» и «Spektrum - Die Woche», сообщают о текущих результатах исследований.