Gli interni dei due giganti del gas, Giove e Saturno, sono luoghi piuttosto estremi. Di solito quando pensiamo a un metallo liquido, pensiamo al mercurio liquido a temperatura ambiente (o al riassemblaggio del metallo liquido T-1000 interpretato da Robert Patrick nel film Terminatore 2), raramente consideriamo due degli elementi più abbondanti nell'Universo come un metallo liquido in determinate condizioni. Eppure, questo è ciò che sostiene un team di fisici della UC Berkley; elio e idrogeno possono mescolarsi insieme, forzati dalle enormi pressioni vicino ai nuclei di Giove e Saturno, formando una lega metallica liquida, forse cambiando la nostra percezione di ciò che sta sotto quelle tempeste gioviane ...
Di solito i fisici planetari e i chimici focalizzano la maggior parte della loro attenzione sulle caratteristiche dell'elemento più abbondante nell'Universo: l'idrogeno. In effetti, oltre il 90% di Giove e Saturno è anche idrogeno. Ma all'interno di queste atmosfere del gigante gassoso non c'è il semplice atomo di idrogeno, è il gas idrogeno diatomico sorprendentemente complesso (cioè l'idrogeno molecolare, H2). Quindi, per comprendere la dinamica e la natura degli interni dei pianeti più massicci del nostro Sistema Solare, i ricercatori di UC Berkley e Londra stanno esaminando un elemento molto più semplice; il secondo gas più abbondante nell'Universo: l'elio.
Raymond Jeanloz, professore alla UC Berkeley, e il suo team hanno scoperto un'interessante caratteristica dell'elio alle estreme pressioni che possono essere esercitate vicino ai nuclei di Giove e Saturno. L'elio formerà una lega liquida metallica quando miscelato con idrogeno. Questo stato della materia era ritenuto raro, ma queste nuove scoperte suggeriscono che le leghe di elio di metallo liquido potrebbero essere più comuni di quanto si pensasse in precedenza.
“Questa è una svolta in termini di comprensione dei materiali, ed è importante perché per comprendere l'evoluzione a lungo termine dei pianeti, abbiamo bisogno di sapere di più sulle loro proprietà in profondità. La scoperta è interessante anche dal punto di vista della comprensione del perché i materiali sono come sono e cosa determina la loro stabilità e le loro proprietà fisiche e chimiche“. - Raymond Jeanloz.
Giove per esempio esercita un'enorme pressione sui gas nella sua atmosfera. A causa della sua grande massa, ci si può aspettare pressioni fino a 70 milioni di atmosfere terrestri (no, ciò non è sufficiente per dare il via alla fusione ...), creando temperature interne comprese tra 10.000 e 20.000 K (che sono 2-4 volte più calde della La fotosfera del sole!). Quindi l'elio è stato scelto come elemento per studiare in queste condizioni estreme, un gas che costituisce il 5-10% della materia osservabile dell'Universo.
Utilizzando la meccanica quantistica per calcolare il comportamento dell'elio a diverse pressioni e temperature estreme, i ricercatori hanno scoperto che l'elio si trasformerà in un metallo liquido ad altissima pressione. Di solito, l'elio è pensato come un gas incolore e trasparente. In condizioni di atmosfera terrestre questo è vero. Tuttavia, si trasforma in una creatura completamente diversa in 70 milioni di atmosfere terrestri. Invece di essere un gas isolante, si trasforma in una sostanza metallica liquida conduttiva, più simile al mercurio, "solo meno riflettente", Ha aggiunto Jeanloz.
Questo risultato è sorprendente poiché si è sempre pensato che pressioni massicce rendessero più difficile la trasformazione di elementi simili all'idrogeno e all'elio. Questo perché le alte temperature in luoghi come il nucleo di Giove provocano un aumento delle vibrazioni negli atomi, deviando così i percorsi degli elettroni che cercano di fluire nel materiale. Se non c'è flusso di elettroni, il materiale diventa un isolante e non può essere chiamato un "metallo".
Tuttavia, questi nuovi risultati suggeriscono che le vibrazioni atomiche sotto questo tipo di pressioni hanno effettivamente l'effetto contro-intuitivo della creazione di nuovi percorsi per il flusso degli elettroni. Improvvisamente l'elio liquido diventa conduttivo, nel senso che è un metallo.
In un'altra svolta, si pensa che il metallo liquido all'elio potrebbe facilmente mescolarsi con l'idrogeno. La fisica planetaria ci dice che questo non è possibile, l'idrogeno e l'elio si separano come il petrolio e l'acqua all'interno dei corpi dei giganti gassosi. Ma il team di Jeanloz ha scoperto che i due elementi potrebbero effettivamente mescolarsi, creando una lega metallica liquida. Se questo è il caso, bisogna fare qualche serio ripensamento sull'evoluzione planetaria.
Sia Giove che Saturno rilasciano più energia del Sole, il che significa che entrambi i pianeti stanno generando la propria energia. Il meccanismo accettato per questo è la condensazione di goccioline di elio che cadono dalle atmosfere superiori dei pianeti e fino al nocciolo, liberando il potenziale gravitazionale quando l'elio cade come "pioggia". Tuttavia, se si dimostra che questa ricerca è il caso, l'interno del gigante gassoso sarà probabilmente molto più omogeneo di quanto si pensasse in precedenza, il che significa che non possono esserci goccioline di elio.
Quindi il prossimo compito per Jeanloz e il suo team è trovare una fonte di energia alternativa che generi calore nei nuclei di Giove e Saturno (quindi non continuare a riscrivere i libri di testo ancora ...)
Fonte: UC Berkeley
