Pioggia di elio su Giove

Posted on marzo 25, 2010

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Sulla Terra, l’elio è un gas usato per gonfiare i palloncini. Negli strati interni di Giove, tuttavia, le condizioni sono così estreme che, secondo le previsioni degli scienziati dalla University of California, Berkeley, si condenserebbe in gocce cadendo come pioggia. La teoria della pioggia  di elio era stata proposta in precedenza per spiegare l’eccessiva luminosità di Saturno, un gigante gassoso come Giove, ma un terzo della sua massa.
 
Gli scienziati della UC Berkeley sostengono che la presenza di pioggia di elio su Giove sia il modo migliore per spiegare la scarsità di neon negli strati esterni dell’atmosfera del pianeta. Il Neon si dissolve nell’elio e nelle gocce di pioggia, impoverendo gli strati superiori di entrambi gli elementi, coerentemente con le osservazioni. “Una condensa di elio inizialmente come nebbia del livello superiore, e come gocce più grandi, cade verso l’interno più profondo”, ha detto Hugh Wilson, co-autore di una relazione che figura in questa settimana sulla rivista Physical Review Letters. “il Neon si dissolve nella pioggia e l’elio e cade con esso. Così il nostro studio collega il neon disperso nell’atmosfera a un altro processo proposto, la pioggia di elio”.
 
[grafico: Una sezione dell’interno di Giove che mostra gli strati superiori vanno esaurrendo le conmcentrazioni di elio e neon, dove il sottile strato di elio si condensa cadendo in gocce e lo strato interno dove l’elio e il neon si mescolano con l’idrogeno metallico. (Credit: Militzer Burkhard / UC Berkeley)]
 
Burkhard Militzer co-autore della UC Berkeley, professore assistente di terra e di scienze planetarie e di astronomia, ha osservato che la “pioggia” – le goccioline d’acqua che cadono sulla Terra – è un fenomeno analogo a quanto avviene nell’atmosfera di Giove. Le gocce di elio si formano da 10.000 a circa 13.000 chilometri (6,000-8,000 miglia) al di sotto della sommità delle nubi di idrogeno di Giove, a pressioni e temperature così alte che “non si può dire se l’idrogeno e l’elio siano allo stato gassoso o liquido”, ha detto . Essi sono fuidi, per cui la pioggia è davvero composta da goccioline di elio liquido mescolato con il neon per cadere attraverso un fluido di idrogeno metallico.
Lo studio proposto contribuirà a perfezionare i modelli atmosferici interni di Giove e quelli degli altri pianeti, secondo Wilson. Lo studio interno dei pianeti gassosi è diventato un settore di ricerca molto seguito dopo la scoperta di centinaia di pianeti extrasolari che esistono in ambienti estremi attorno ad altre stelle. Lo studio sarà anche rilevante per la missione della NASA su Giunone a Giove, che dovrebbe essere lanciata il prossimo anno. 
Militzer e Wilson hanno creato il modello teorico usando la la “Teoria funzionale della densità” per prevedere le proprietà interne di Giove, in particolare ciò che accade ai componenti di dominanti, idrogeno ed elio, con l’aumento della temperatura e delle pressioni verso il centro del pianeta. Queste condizioni sono ancora troppo estreme per essere riprodotte in laboratorio. Anche gli esperimenti nelle cellule a incudine di diamante possono solo produrre pressioni simili a quelle del nucleo terrestre. Nel 2008, le simulazoni Militzer al computer hanno portato alla conclusione che il nucleo roccioso di Giove è circondato da una spessa coltre di metano, acqua e ghiacci di ammoniaca che lo rende due volte più grande rispetto alle precedenti previsioni.
I due modelli in corso di studio, si basano sui dati della sonda Galileo che si tuffò attraverso l’atmosfera di Giove nel 1995 fornendo misurazioni della temperatura, della pressione e degli elementi fino a quando a quando fu distrutta dal peso dell’atmosfera gioviana. Tutti gli elementi sembravano essere leggermente arricchiti rispetto al Sole – come gli elementi presenti 4,56 miliardi anni fa, quando si formò il Sistema Solare – ad eccezione di elio e neon. Il neon spiccava perché era un decimo più abbondante rispetto al Sole.
Le loro simulazioni hanno mostrato che l’unico modo per la rimozione del neon dall’atmosfera superiore potrebbe essere stato la rimozione dall’elio, essendo ad esso miscelato, un pò come l’alcool e l’acqua. I calcoli di Militzer e Wilson indicano che tra i 10.000 e i 13.000 chilometri, dove la temperatura è di circa 5.000 gradi centigradi e la pressione è tra 1 e 2 milioni di volte la pressione atmosferica sulla Terra, l’idrogeno si trasformerebbe in un metallo conduttore. L’elio, non ancora un metallo, non si mescolerebbe con l’idrogeno metallico, ma formerebbe delle gocce ben distinte da esso, come ad esempio l’olio nell’acqua.
Ciò ha fornito una spiegazione per la rimozione del neon dall’atmosfera superiore.

“Elio e neon stanno cadendo in quantità nelle profondità del pianeta, e la quantità residua di idrogeno si sta lentamente impoverendo sia di neon che di elio,” Militzer detto. “Le concentrazioni misurate di entrambi gli elementi sembrano essere quantitativamente in accordo con i nostri calcoli”. La pioggia di elio su Saturno era stata prevista a causa di una differente osservazione: Saturno è più caldo di quanto dovrebbe essere, in base alla sua età e al tasso previsto di raffreddamento. La caduta di pioggia rilascerebbe quel calore che spiegherebbe la differenza.

La temperatura di Giove è in accordo con i modelli della sua velocità di raffreddamento e della sua età, e non aveva bisogno di nessuna ipotesi come la pioggia di elio per essere dimostrata, fino a quando è avvenuta la scoperta dell’esaurimento di neon nell’atmosfera. È interessante notare che, il teorico David Stevenson del California Institute of Technology (Caltech) aveva predetto l’esaurimento del neon su Giove prima delle misurazioni della sonda Galileo, ma non aveva mai compreso quale fosse il fenomeno che lo provocasse.

fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/03/100322101527.htm

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