Физики предложили объяснение того, почему зонд Juno не нашел четкой границы между ядром и атмосферой Юпитера. Для этого они с помощью нейросетей просчитали, как водород ведет себя при сверхвысоких давлениях и температурах. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature, передает ТАСС.
«Мы до сих пор не знаем, при каких давлениях обычный жидкий водород становится металлическим. Дело в том, что для этого нужны эксперименты при давлениях, которые сопоставимы с теми, которые характерны для недр Юпитера, а добиться этого очень непросто. Поэтому результаты многих подобных экспериментов последних лет сильно не совпадают друг с другом», – рассказал один из авторов работы, доцент Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) Микеле Черьотти.
Зонд Juno уже почти шесть лет изучает Юпитер, периодически сближаясь с ним, получая его фотографии и раскрывая тайны внутренней структуры планеты с помощью набора из спектрометров, радаров, магнетометров и других научных инструментов.
За это время американский аппарат сделал несколько важных и необычных открытий. К примеру, его инструменты показали, что у Юпитера, скорее всего, действительно есть плотное ядро, однако оно состоит не из каменистых пород или твердого металлического водорода, а из некой пористой, рыхлой материи, природу которой еще предстоит прояснить.
Черьотти и его коллеги нашли возможное объяснение этому. Они просчитали, как свойства водорода меняются при давлении, близком к характерному для недр Юпитера и других планет-гигантов Солнечной системы. С помощью этих расчетов физики пытались понять, при каких температуре и давлении происходит фазовый переход, резкая смена структуры, в результате который «обычный» жидкий водород, который не может проводить ток, превращается в металлический.
По словам Черьотти, эту проблему сложно решить не только экспериментально, но и теоретически, так как для просчета свойств водорода на квантовом уровне в столь экстремальных условиях нужно огромное количество вычислительных ресурсов.
Физики упростили эту задачу с помощью трех разных нейросетей. Благодаря им ученые подобрали оптимальные параметры просчета свойств материи ядра планет-гигантов. В результате Черьотти и его коллеги детально просчитали, как ведет себя водород при температуре от 100 до 4000 кельвинов и при давлении от 25 до 400 ГПа (от 246 тыс. до 3,95 млн. атмосфер).
В результате оказалось, что четкой границы между разными фазами жидкого водорода на самом деле нет. Как выяснили ученые, обычный водород плавно превращается в его металлический по мере того, как растут давление и температура. Твердую форму он приобретает только периодически, при определенных комбинациях параметров.
Подобное поведение водорода, как заключают исследователи, объясняют те странности, которые зонд Juno зафиксировал при исследовании недр Юпитера, а также позволяют понятть, почему прошлые попытки воссоздания материи планет-гигантов и изучения свойств металлического водорода приводили к разным и часто противоречащим друг другу результатам.
А.Ж.
