Юпитер неоднороден — металличность дает новые подсказки о происхождении планеты

Международная группа астрономов обнаружила, что газовая оболочка Юпитера не имеет однородного распределения. Внутренняя часть содержит больше металлов, чем внешние части, что в сумме составляет от 11 до 30 земных масс, что составляет 3-9% от общей массы Юпитера. Это достаточно высокая металличность, чтобы заключить, что тела километрового размера — планетезимали — должны были сыграть свою роль в формировании Юпитера. 

Когда космическая миссия НАСА «Юнона» (Juno) прибыла к Юпитеру в 2016 году, мы увидели удивительную красоту самой большой планеты в нашей Солнечной системе.

Помимо знаменитого Большого Красного Пятна, Юпитер оказывается усеян ураганами, что почти придает ему загадочный вид картин Ван Гога. Однако оболочка планеты под тонким видимым слоем видна не сразу.

Тем не менее, Юнона может нарисовать нам картину, чувствуя гравитационное притяжение над разными точками Юпитера. Это дает астрономам информацию о внутреннем составе, который не похож на то, что мы видим на поверхности.

Международная группа астрономов под руководством Ямилы Мигель (SRON/Лейденская обсерватория) обнаружила, что газовая оболочка не так однородна и хорошо перемешана, как считалось ранее.

Вместо этого в ней наблюдается более сильное сжатие «металлов» — элементов тяжелее водорода и гелия — по направлению к центру планеты.

Чтобы прийти к своим выводам, команда ученых построила ряд теоретических моделей, которые придерживаются наблюдательных ограничений, измеренных Юноной.

Команда астрономов изучила распределение металлов, потому что это дает им информацию о том, как образовался Юпитер.

Металлы оказываются неравномерно распределенными по оболочке, причем больше во внутренней части, чем во внешней. Общее количество металлов составляет от 11 до 30 земных масс.

«У газового гиганта, подобного Юпитеру, есть два механизма приобретения металлов во время его формирования: путем аккреции мелких камней или более крупных планетезималей. Мы знаем, что как только маленькая планета становится достаточно большой, она начинает выбрасывать гальку. То богатство металлов внутри Юпитера, которое мы видим сейчас, было невозможно достичь раньше. Таким образом, мы можем исключить сценарий, когда во время формирования Юпитера твердыми телами были только гальки. Планетезимали слишком велики, чтобы их можно было заблокировать, так что они, должно быть, сыграли свою роль».

Вывод о том, что во внутренней части оболочки больше тяжелых элементов, чем во внешней, означает, что содержание уменьшается с градиентом наружу, вместо этого происходит однородное смешивание поперек оболочки.

«Раньше мы думали, что у Юпитера есть конвекция, как у кипящей воды, что делает его полностью перемешанным», — говорит Ямила Мигель. «Но наша находка показывает другое».

Исследование было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.