As Jupiter and Saturn cool, the int

As Jupiter and Saturn cool, the interior of the planets will approach temperatures where hydrogen and helium no longer mix. This process, which is likely to have already occurred in Saturn, could lead to the formation of helium droplets that would "rain down" towards the center of the planet and provide an additional source of heat.
Credit: Illustration by Jonathan DuBois
[Click to enlarge image]
Models of how Saturn and Jupiter formed may soon take on a different look. By determining the properties of hydrogen-helium mixtures at the millions of atmospheres of pressure present in the interior of Saturn and Jupiter, physicists at Lawrence Livermore National Laboratory and the University of Illinois at Urbana-Champaign have determined the temperature at a given pressure when helium becomes insoluble in dense metallic hydrogen.
Related Articles
Gas giant
Hydrogen
Solar system
Saturn
Titan (moon)
Magnetosphere
The results are directly relevant to models of the interior structure and evolution of Jovian planets.
Hydrogen and helium are the two lightest and most common elements in the universe. Because of their ubiquitous nature, they are critical in cosmological nucleosynthesis and are essential elements of stars and giant planets. Hydrogen by itself in the observable universe provides clues to the origin and large-scale structures of galaxies.
However, scientists have struggled to determine what conditions are needed for the two elements to mix.
Using first-principle molecular dynamics simulations, Miguel Morales, a DOE Stewardship Science graduate fellow from David Ceperley's group at the University of Illinois worked with LLNL's Eric Schwegler, Sebastien Hamel, Kyle Caspersen and Carlo Pierleoni from the University of L'Aquila in Italy to determine the equation of state of the hydrogen-helium system at extremely high temperatures (4,000-10,000 degrees Kelvin), similar to what would be found in the interior of Saturn and Jupiter.
The team used LLNL's extensive high-performance computing facilities to conduct simulations over a wide range of density, temperature and composition to locate the equation of state of the two elements.
"Our simulation results are consistent with the idea that a large portion of the interior of Saturn has conditions such that hydrogen and helium phase separate," Morales said. "This can account for the apparent discrepancy between the current evolutionary models for Saturn and observational data."
In addition to being made mostly of hydrogen and helium, a characteristic of Jovian planets is that they radiate more energy than they take in from the sun. Various models of their evolution and structure have been developed to describe a relation between the age, volume and mass of the planet and its luminosity.
While this model works for Jupiter by modeling the energy radiation left over from its formation 4.55 billion years ago, it doesn't exactly work for Saturn. Instead, the model seriously underestimates the current luminosity of Saturn.
So the researchers decided to try something different. They determined where helium and hydrogen mix as well as at what temperature they don't mix.
It turned out the temperature where the two elements don't mix is high enough that helium is "partially mixable over a significant fraction of the interior of the Jovian planets with the corresponding region of Saturn being larger than in Jupiter," Schwegler said. "This, in fact, could change the current interior models of Saturn and Jupiter."
The new findings appear in the Jan. 26 online edition of the journal, Proceedings of the National Academy of Sciences.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ขณะที่ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เย็น ตกแต่งภายในของดาวเคราะห์จะวิธีอุณหภูมิที่ไฮโดรเจนและฮีเลียมไม่ผสม กระบวนการนี้ ซึ่งเป็นแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นแล้วในดาวเสาร์ อาจนำไปสู่การก่อตัวของหยดฮีเลียมที่จะ "โปรย" สู่ศูนย์กลางของโลก และให้เป็นแหล่งความร้อนเพิ่มเติมเครดิต: ภาพ โดย Jonathan DuBois[คลิกเพื่อขยายภาพ]เร็ว ๆ นี้จะรูปแบบของวิธีการเกิดขึ้นของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีในลักษณะแตกต่างกัน โดยกำหนดคุณสมบัติของน้ำยาผสมไฮโดรเจนฮีเลียมที่ล้านบรรยากาศกดดันอยู่ในภายในของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี physicists ลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์ห้องปฏิบัติการแห่งชาติและมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ที่เออร์บานาแชมเพนได้กำหนดอุณหภูมิที่ความดันที่กำหนดเมื่อฮีเลียมละลายในโลหะไฮโดรเจนหนาแน่นบทความที่เกี่ยวข้องดาวแก๊สยักษ์ไฮโดรเจนระบบพลังงานแสงอาทิตย์ดาวเสาร์ไททัน (ดวงจันทร์)แม็กนีโตสเฟียร์ผลลัพธ์จะเกี่ยวข้องโดยตรงกับแบบจำลองของโครงสร้างภายในและวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ Jovianไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นองค์ประกอบทั้งสองของน้ำหนักเบาที่สุด และมากที่สุดในจักรวาล เพราะธรรมชาติของพวกเขาแพร่หลาย พวกเขามีความสำคัญในการสังเคราะห์นิวเคลียสจักรวาล และมีองค์ประกอบที่สำคัญของดาวและดาวเคราะห์ยักษ์ ไฮโดรเจน ด้วยตัวเองในเอกภพมีข้อมูลมาและโครงสร้างขนาดใหญ่ชื่อดาราจักรอย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ได้ต่อสู้เพื่อกำหนดเงื่อนไขจำเป็นสำหรับองค์ประกอบ 2 การผสมใช้ dynamics โมเลกุลหลักแรกจำลอง Miguel ราเลส ศาสตร์ดูแลป้องกันคนบัณฑิตจาก David Ceperley กลุ่มที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ที่ทำงาน กับของ LLNL Eric Schwegler อีกทั้ง Hamel, Kyle Caspersen Carlo Pierleoni จากมหาวิทยาลัย L'Aquila อิตาลีกำหนดสมการของสถานะของระบบไฮโดรเจนฮีเลียมที่มากอุณหภูมิสูง (4000 10000 องศาเคลวิน), เหมือนกับที่จะพบได้ในภายในของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีทีมงานใช้ของ LLNL ประสิทธิภาพสูงใช้งานสะดวกการจำลองช่วงกว้างของความหนาแน่น อุณหภูมิ และองค์ประกอบเพื่อหาสมการของสถานะขององค์ประกอบสองราเลสกล่าวว่า "ผลของการทดลองจะสอดคล้องกับความคิดส่วนใหญ่ของดาวเสาร์ที่มีเงื่อนไขให้ไฮโดรเจนและฮีเลียมระยะแยก "นี้สามารถบัญชีสำหรับความขัดแย้งที่ชัดเจนระหว่างรูปแบบวิวัฒนาการปัจจุบันสำหรับเสาร์และข้อมูลเชิงสังเกตการณ์"นอกจากการทำส่วนใหญ่ของไฮโดรเจนและฮีเลียม ลักษณะของดาวเคราะห์ Jovian เป็นพวกเขาแผ่พลังงานมากขึ้นกว่าใช้ในจากดวงอาทิตย์ รุ่นต่าง ๆ ของวิวัฒนาการและโครงสร้างของพวกเขาได้รับการพัฒนาเพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอายุ ปริมาตร และมวลของดาวเคราะห์และความสว่างของในขณะที่รุ่นนี้ใช้ได้สำหรับดาวพฤหัสบดี โดยรังสีพลังงานที่เหลือจากการก่อตัวของ 4.55 พันล้านปีในการสร้างโมเดล มันไม่ทำงานว่าสำหรับดาวเสาร์ แทน รูปแบบอย่างจริงจัง underestimates เรืองปัจจุบันของดาวเสาร์เพื่อให้ นักวิจัยตัดสินใจพยายามแตก พวกเขากำหนดฮีเลียมและไฮโดรเจนตลอดจนอุณหภูมิใดพวกเขาไม่ผสมก็เปิดออกอุณหภูมิซึ่งองค์ประกอบที่สองไม่ผสมสูงพอว่าฮีเลียม "บางส่วน mixable มากกว่าเศษส่วนสำคัญของภายในภูมิภาคที่สอดคล้องกันของใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดีดาวเสาร์ดาวเคราะห์ Jovian", Schwegler กล่าวว่า "นี้ ในความเป็นจริง สามารถเปลี่ยนแบบจำลองปัจจุบันภายในของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี"ผลการวิจัยใหม่ปรากฏในรุ่นออนไลน์ 26 ม.ค.ราย วิชาการสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ในขณะที่ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เย็นภายในของดาวเคราะห์จะเข้าใกล้อุณหภูมิที่ไฮโดรเจนและฮีเลียมไม่ผสม กระบวนการนี้ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นแล้วในดาวเสาร์อาจนำไปสู่การก่อตัวของหยดฮีเลียมที่จะ "ฝนลง" สู่ศูนย์กลางของโลกและให้แหล่งที่มาของความร้อนที่เพิ่มขึ้น.
เครดิต: ภาพประกอบจากโจนาธานบัว
[คลิกเพื่อ ดูภาพใหญ่]
สินค้าทุกรุ่นของวิธีการที่ดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีที่เกิดขึ้นเร็ว ๆ นี้อาจจะใช้ในลักษณะที่แตกต่าง โดยการกำหนดคุณสมบัติของผสมไฮโดรเจนฮีเลียมที่ล้านของบรรยากาศของความดันอยู่ในการตกแต่งภายในของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีฟิสิกส์ที่อเรนซ์ลิเวอร์มอร์ห้องปฏิบัติการแห่งชาติและมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign ได้กำหนดอุณหภูมิที่ความดันที่กำหนดเมื่อฮีเลียม จะกลายเป็นที่ไม่ละลายในโลหะไฮโดรเจนหนาแน่น.
บทความที่เกี่ยวข้อง
ยักษ์ก๊าซ
ไฮโดรเจน
พลังงานแสงอาทิตย์ระบบ
ดาวเสาร์
ไททัน (ดวงจันทร์)
แม่เหล็ก
ผลโดยตรงที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบของโครงสร้างภายในและวิวัฒนาการของดาวพฤหัสบดีดาวเคราะห์.
ไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นสององค์ประกอบที่มีน้ำหนักเบาและพบมากที่สุดใน จักรวาล เพราะธรรมชาติแพร่หลายของพวกเขามีความสำคัญใน nucleosynthesis ดาราศาสตร์และเป็นองค์ประกอบสำคัญของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ยักษ์ ไฮโดรเจนด้วยตัวเองในจักรวาลให้เบาะแสที่มาและโครงสร้างขนาดใหญ่ของกาแลคซี.
อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะตรวจสอบสิ่งที่เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับสององค์ประกอบในการผสม.
ใช้ครั้งแรกหลักการพลศาสตร์จำลองโมเลกุล, มิเกลโมราเลส DOE Stewardship วิทยาศาสตร์เพื่อนที่จบการศึกษาจากเดวิดกลุ่ม Ceperley ที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ทำงานร่วมกับเอริค LLNL ของ Schwegler, Sebastien Hamel, Caspersen ไคล์และคาร์โล PIERLEONI จากมหาวิทยาลัยใน L'Aquila ในอิตาลีเพื่อตรวจสอบสมการของรัฐของระบบไฮโดรเจนฮีเลียมที่ อุณหภูมิสูงมาก (4,000-10,000 องศาเคลวิน) คล้ายกับสิ่งที่จะพบได้ในการตกแต่งภายในของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี.
ทีมใช้ LLNL กว้างขวางที่มีประสิทธิภาพสูงคอมพิวเตอร์สิ่งอำนวยความสะดวกในการดำเนินการจำลองในช่วงที่กว้างของความหนาแน่นของอุณหภูมิและองค์ประกอบในการค้นหา สมการของรัฐของทั้งสององค์ประกอบ.
"ผลการจำลองของเรามีความสอดคล้องกับความคิดที่ว่าส่วนใหญ่ของการตกแต่งภายในของดาวเสาร์มีสภาพเช่นว่าไฮโดรเจนและฮีเลียมขั้นตอนการแยก" โมราเลสกล่าวว่า "นี้สามารถบัญชีสำหรับความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างรุ่นวิวัฒนาการปัจจุบันสำหรับดาวเสาร์และข้อมูลการสังเกตการณ์."
นอกจากจะเป็นที่ทำส่วนใหญ่ของไฮโดรเจนและฮีเลียมลักษณะของดาวเคราะห์ดาวพฤหัสบดีคือว่าพวกเขาแผ่พลังงานมากขึ้นกว่าที่พวกเขาใช้เวลาในการจากดวงอาทิตย์ รุ่นต่างๆของวิวัฒนาการของพวกเขาและโครงสร้างได้รับการพัฒนาเพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอายุปริมาตรและมวลของโลกและความสว่างของมัน.
ในขณะที่รุ่นนี้ทำงานให้กับดาวพฤหัสบดีโดยการสร้างแบบจำลองการฉายรังสีพลังงานที่เหลือจากการสร้าง 4550000000 ปีที่ผ่านมา ไม่ว่าทำงานให้กับดาวเสาร์ แต่รูปแบบการอย่างจริงจังดูถูกความสว่างในปัจจุบันของดาวเสาร์.
ดังนั้นนักวิจัยจึงตัดสินใจที่จะลองอะไรที่แตกต่างกัน พวกเขามุ่งมั่นที่ฮีเลียมไฮโดรเจนและผสมเช่นเดียวกับที่พวกเขาสิ่งที่อุณหภูมิไม่ผสม.
มันกลับกลายเป็นอุณหภูมิที่สององค์ประกอบที่ไม่ผสมสูงพอฮีเลียมที่เป็น "บางส่วน mixable กว่าส่วนสำคัญของการตกแต่งภายในของ เหมือนดาวพฤหัสบดีกับภูมิภาคที่สอดคล้องกันของดาวเสาร์เป็นขนาดใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดีใน "Schwegler กล่าวว่า "นี่ในความเป็นจริงอาจมีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการตกแต่งภายในปัจจุบันของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี."
การค้นพบใหม่ปรากฏในมกราคม 26 ฉบับออนไลน์ของวารสารกิจการของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ขณะที่ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เย็นภายในของดาวเคราะห์จะใช้วิธีเผาที่อุณหภูมิไฮโดรเจนและฮีเลียมไม่ผสม กระบวนการนี้ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นแล้วในดาวเสาร์ อาจนำไปสู่การก่อตัวของฮีเลียมจะ " ฝนหยดลงสู่ใจกลางโลก และจัดเป็นแหล่งที่มาเพิ่มเติมของความร้อน .
เครดิต : ภาพประกอบโดยโจนาธานบัว
[ คลิกเพื่อดูภาพขยาย ]
รูปแบบของวิธีการดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีเกิดขึ้นเร็ว ๆ นี้อาจจะใช้เวลาที่แตกต่างกันดู โดยกำหนดคุณสมบัติของก๊าซไฮโดรเจนฮีเลียมผสมที่ล้านของบรรยากาศของความดันอยู่ในภายในของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีนักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore และมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana Champaign มีกำหนดอุณหภูมิที่ได้รับความกดดันเมื่อฮีเลียมจะไม่ละลายโลหะไฮโดรเจนหนาแน่น บทความ



ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ไฮโดรเจนก๊าซยักษ์ดาวเสาร์ไททัน ( ดวงจันทร์ )



แมกเนโตสเฟียร์ผลโดยตรงเกี่ยวข้องกับ รูปแบบของโครงสร้างภายใน และวิวัฒนาการของดาวเคราะห์โจเวียน .
ไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นสองเบา และองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในจักรวาล เพราะธรรมชาติของการเรียนรู้ของพวกเขา พวกเขามีความสําคัญในเอกภพนิวคลีโอซินทีสิส และเป็นองค์ประกอบสำคัญของดาวและดาวเคราะห์ขนาดยักษ์ไฮโดรเจนด้วยตัวเองในเอกภพที่เราสังเกตการณ์ให้เบาะแสกับต้นกำเนิดและโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล .
แต่นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะตรวจสอบว่าเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับสององค์ประกอบผสม
ใช้จำลอง , หลักการพลศาสตร์โมเลกุลแรก มิเกล โมราเลสวิทยาศาสตร์บัณฑิตการจัดการป่าไม้เขตร้อนที่ Doe จาก เดวิด ceperley กลุ่มเพื่อนที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ทำงานกับ LLNL ของอีริค schwegler เซบาสเตียนแฮเมิล , ไคล์ caspersen คาร์โลและ pierleoni จากมหาวิทยาลัย Chieti ในอิตาลีเพื่อหาสมการของสถานะของระบบฮีเลียม ไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูงมาก ( 4000-10000 องศาเคลวิน )ที่คล้ายกันกับสิ่งที่จะพบในภายในของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี .
ทีมที่ต้องการประสิทธิภาพสูงคอมพิวเตอร์เครื่องใช้ LLNL เพื่อทำการจำลองมากกว่าที่หลากหลายของความหนาแน่นและอุณหภูมิและส่วนประกอบเพื่อหาสมการของสถานะขององค์ประกอบ
2" ผลของเราจะสอดคล้องกับความคิดที่ว่าส่วนใหญ่ของภายในของดาวเสาร์มีเงื่อนไขเช่นไฮโดรเจนและฮีเลียมระยะแยก " โมราเลส กล่าว นี้สามารถบัญชีสำหรับชัดเจนความแตกต่างระหว่างปัจจุบันวิวัฒนาการแบบจำลองดาวเสาร์และข้อมูลที่ได้จากการสังเกต "
นอกจากจะทำให้ส่วนใหญ่ของไฮโดรเจนและฮีเลียมลักษณะของดาวเคราะห์โจเวียนจะแผ่พลังงานมากกว่าที่พวกเขาได้รับจากดวงอาทิตย์ รุ่นต่างๆของวิวัฒนาการของพวกเขาและโครงสร้างได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายถึงความสัมพันธ์ระหว่างอายุและปริมาณมวลของดาวเคราะห์และผ่องใส .
ในขณะที่รุ่นนี้เหมาะกับดาวพฤหัสบดีโดยการสร้างแบบจำลองรังสีพลังงานที่เหลือจากการก่อตัวของ 4.55 พันล้านปีที่ผ่านมามันไม่ได้ทำงานสำหรับดาวเสาร์ แทน แบบจริงจัง underestimates ผ่องใสปัจจุบันของดาวเสาร์
ดังนั้นนักวิจัยตัดสินใจที่จะลองสิ่งที่แตกต่างกัน พวกเขามุ่งมั่นที่ฮีเลียมและไฮโดรเจนผสมเช่นเดียวกับที่อุณหภูมิมันไม่ได้ผสม .
มันเป็นอุณหภูมิที่สององค์ประกอบไม่ผสมสูงมากพอที่ฮีเลี่ยม " บางส่วน mixable กว่าอย่างมีนัยสำคัญส่วนภายในของดาวเคราะห์โจเวียนกับภูมิภาคที่สอดคล้องกันของดาวเสาร์มีขนาดใหญ่กว่าในจูปิเตอร์ " schwegler กล่าว นี้ในความเป็นจริงสามารถเปลี่ยนการตกแต่งภายในรุ่นปัจจุบันของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี "
ที่พบใหม่ปรากฏใน Jan26 รุ่นออนไลน์ของวารสาร รายงานการประชุมทางวิชาการ สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ