VESMÍR: Rozpouští se jádro Jupiteru?
Největší planeta sluneční soustavy, Jupiter, skrývá tajemství, jehož rozluštění brání fyzikální bariéra.
Tímto tajemstvím je to, co se děje uvnitř Jupiteru. Jupiter má větší hmotnost, než dvojnásobek hmoty všech ostatních planet dohromady. S největší pravděpodobností vznikl Jupiter v počátcích sluneční soustavy jako první z planet. Většinu hmotnosti Jupiteru tvoří vodík a helium. Vodík a helium existují na Zemi v podobě plynu. V podmínkách velmi hmotného Jupiteru se silnou gravitací však vodík a helium existují jako plyn jen v povrchové vrstvě. Hlouběji je vodík natolik stlačený, že má vlastnosti kovů, včetně toho, že vede elektrický proud. Tato část planety tvoří 78% jejího poloměru. Vodík a helium také obklopují vnitřní jádro, jehož hmotnost se odhaduje na 10 Zemí, a které je tvořené železem, silikátovými horninami a vodním ledem. Celková hmotnost Jupiteru je 318 Zemí.
Jupiter vyfotografovaný sondou Voyager 2. Zdroj: NASA.
Nejnovější výpočty, zahrnující kvantové efekty, naznačují, že vnitřní jádro Jupiteru není stabilní, ale je vnějšími vrstvami planety postupně rozmělňováno. Je možné, že některé exoplanety – velmi hmotní horcí Jupiteři – už nemají žádné jádro.
Planetologové Hugh Wilson a Burkhard Militzer z University v Kalifornii v Berkeley představili ve Physical Review Letters nový kvantověmechanický počítačový model, který ukazuje, co se děje s kysličníkem hořečnatým (MgO) – klíčovou ingrediencí jádra Jupiteru. MgO difunduje do vodíkově-héliového obalu a postupně se v něm rozpouští. Teplota v centru Jupiteru dosahuje 16 000 kelvinů (mnohem více, než je teplota na povrchu Slunce) a tlak se pohybuje okolo 40 miliónů atmosfér. Tak extrémní podmínky nelze experimentálně napodobit.
Vnitřní struktura Jupiteru: hnědá: jádro z těžších prvků (železo, horniny, vodní led), šedá: kovový vodík (s příměsí hélia) v kapalném stavu, modrozelená a žlutá: atmosféra (vodík a hélium v plynném stavu). Zdroj: Wikipedie.
Podle výpočtů má MgO vysokou rozpustnost. Pevný MgO se rozpouští do tekutého vodíkově-héliového "vysokotlakého oceánu". Z dřívějších Wilsonových a Militzerových výpočtů vychází, že vodní led v jádře Jupiteru se také rozpouští. Rychlost tohoto rozpouštění není známa. Je však jisté, že dnes je kompaktní jádro z těžších prvků menší, než bylo v době vzniku Jupiteru.
Podle planetologa Davida Stevensona z Kalifonského technologického institutu je práce Wilsona a Militzera důležitá, protože vědci chtějí porozumět tomu, jak se Jupiter vyvíjel. Má kompaktní jádro z těžších prvků uprostřed Jupiteru skutečně hmotnost 10 Zemí? Toto odhadované číslo se sice uvádí v literatuře, ale ve skutečnosti je nejisté. Při hledání odpovědi na tyto otázky nám pomohou přesná měření gravitačního pole planety, která se očekávají od sondy Juno, vyslané v srpnu 2011 k Jupiteru. Sonda má k Jupiteru doletět v roce 2016.
Jonathan Fortney, planetolog z University v Kalifornii v Santa Cruz rovněž oceňuje práci Wilsona a Militzera. Klade však jinou otázku: je konvekce v hloubce Jupiteru natolik intenzivní, aby částečně rozpuštěnou vnější část jádra rozptýlila do většího objemu, dál od středu planety? Pokud ano, je zbylé nerozpuštěné jádro určitě menší, než v době vzniku planety. Pokud ne, je přechod mezi vodíkově-héliovým vysokotlakým oceánem a kompaktním jádrem z těžších prvků neostrý, plynulejší, než jsme si dříve mysleli.
Podle Jonathana Fortneyho pokročilo lidstvo při poznávání Jupiteru za poslední rok víc, než v průběhu minulých 20 let. Umožnila to výpočetní technika a v neposlední řadě práce Wilsona a Militzera.
Zajímavou odbočkou od tohoto tématu je otázka, co se děje v exoplanetách podobných Jupiteru. V nitru těch, které jsou ještě hmotnější než Jupiter, panují ještě větší tlaky a teploty. To je případ mnoha horkých Jupiterů. Eroze jejich jader je rychlejší a je možné, že už žádná pevná jádra nemají. To by znamenalo, že se od našeho Jupiteru liší podstatným rysem své vnitřní struktury.
Zdroj: CROSSWELL, Ken: Is Jupiter Eating Its Own Heart?, Science Now, 16. 12. 2011
Jupiter, Wikipedia