ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Saturn skriva svoje godine

Znanstvenici su zbunjeni izračunom starosti Saturna; dok je normalna pojava kod ostalih planeta da se hlade s godinama, Saturn je vrući nego što bi trebao biti i to bez dodatnog izvora topline.

Neobjašnjiva toplina uzrokovala je razlike od dva bilijuna godina u izračunima sustava koji procjenjuju starost Saturna. „Sustavi koji točno predviđaju da je Jupiter star 4.5 bilijuna godina, za Saturn procjenjuju starost od samo 2.5 bilijuna godina“, kaže Thomas Mattsson iz Nacionalnog laboratorija Sandia.

Novi pokusi u laboratoriju Sandia možda će riješiti problem starosti Saturna: Znanstvenici su provjeravali pretpostavku staru 80 godina da molekularni vodik, koji je obično izolator, poprima svojstva metala pri dovoljno velikom tlaku. Fizičari Eugene Wigner i Hilliard Huntington predvidjeli su još 1935. godine da se struktura vodikovih molekula pod tlakom pretvara u samostalne atome vodika, ispuštajući elektrone koji vjerojatno sadrže struju.

„Ta davna pretpostavka objasnila bi Saturnovu temperaturu zato što, kad se vodik 'metalizira' i pomiješa s helijem u gustoj tekućini, nastane helijska kiša“ kaže istraživač Mike Desjarlais iz laboratorija Sandia. Helijska kiša je izvor energije koji može promijeniti evoluciju planeta.

„Helijska kiša mogla bi održavati Saturnovu temperaturu većom od predviđene“, izjavio je Marcus Knudson.

Uspješni eksperimenti zahvaljujući stroju Z

Eksperimenti su po prvi put obavljeni u laboratoriju Sandia, u stroju pod nazivom Z, najvećem laboratorijskom izvoru zračenja na svijetu, koji koristi magnetska polja i električnu struju da bi proizveo velike temperature, tlak i X zrake. Znanstvenici su iskoristili jako magnetsko polje Z stroja kako bi stlačili deuterij – teški vodik – na relativno niskim temperaturama. U dosadašnjim eksperimentima koristio se plin, koji bi povećao tlak ali i temperaturu, pa su željeni rezultati uvijek izostajali.

„Pokus smo započeli na 20 stupnjeva Kelvinovih, kad je vodik u tekućem stanju, a Z mašina je proizvela tlak od nekoliko stotina kilobara kako bi zagrijala tekući vodik“, rekao je Hudson. „Zatim smo iskoristili magnetsko polje Z stroja da bismo i dalje držali vodik pod pritiskom, što ga je dovelo do plinovitog stanja na oko 1,000 stupnjeva Kelvinovih.“

Desjarlais kaže „Kada se tekućina stlačila na 12 puta veću gustoću od početnog stadija, vidjeli smo da postaje atomska a ne molekularna. Taj prijelaz, uz tlak od tri mega bara, omogućuje teoretičarima čvrstu teoretsku podlogu za daljnje izračune.“ Rezultati se još trebaju uklopiti u astrofizikalne spoznaje kako bi potvrdili teoriju da atomski vodik značajno povećava razliku u godinama između dva planeta.

„Eksperimenti laboratorija Sandia pokazuju da vodik može biti metal, što potpuno mijenja koegzistenciju vodika i helija u planeti“, kaže Mattson. „Mehanizam helijske kiše koji je dosad bio samo pretpostavka prema našim rezultatima je vrlo vjerojatan, ali znanstvene diskusije oko toga će se sigurno nastaviti kroz sljedećih nekoliko godina dok se ne postigne suglasnost.“

Zanimljivo da je do pretpostavke o metalnoj fazi vodika došlo pri optičkim pokusima. „Previše je električne buke u Z stroju da bi se napravio električni test, iako planiramo i takve testove“, rekao je Hudson.

Optički testovi prikazali su prijelaz s nulte refleksivnosti na refleksivnost koju postižu metali.

„Refleksivnost se postiže jedino ako je materijal metal“, rekao je Hudson. Refleksivnost je testirana kroz vidljivi spektar – od 450 do 750 nanometara. „Sam eksperiment proizveo je svjetlost“, rekao je. „Skupili smo dobivenu svjetlost, raspršili je kroz spektrometar i promatrali je kamerom.“

Kada je vodik kao izolator dostigao dovoljan tlak da se pretvori u metal, znanstvenici su primijetili reflektivnost 45%, što se slaže s teorijom, rekao je Desjarlais.

„Ovo je odličan spoj teorije i eksperimenta“, rekao je. „Iskoristili smo sve moguće načine mjerenja da bismo provjerili teoretske pretpostavke u Z stroju.“

Projekt je napravljen u suradnji s profesorom Ronaldom Redmerom i njegovim istraživačkim timom na Sveučilištu Rostock u Njemačkoj i dio je programa pod nazivom „Z Fundamental Science Program“ pri laboratoriju Sandia. Ostali suradnici su Redmer i Andreas Becker sa Sveučilišta Rostock te Ray Lemke, Kyle Cochrane, Mark Savage i Dave Bliss iz laboratorija Sandia.

Izvor: Sandia National Laboratories

Podijeli.