Inde i rummets isgiganter

En ny teoretisk metode baner vejen for at modellere det indre af isgiganterne Uranus og Neptun, takket være computersimuleringer af vandet i dem. Værktøjet, udviklet af forskere fra SISSA i Trieste og University of California i Los Angeles og for nylig offentliggjort i Naturkommunikation , giver mulighed for at analysere termiske og elektriske processer, der forekommer under fysiske forhold, som ofte er umulige at reproducere eksperimentelt, med en meget nemmere og billigere tilgang.

I denne forskning, de lærde har analyseret ledningen af ​​elektricitet og varme fra vand under ekstreme temperatur- og trykforhold, såsom dem, der forekommer inde i is-gigantiske planeter såvel som i mange exo-planeter uden for dem. Undersøgelse af de fænomener, der opstår under deres overflade, faktisk, er nøglen til at forstå udviklingen af ​​disse himmellegemer, at fastslå deres alder, og at kaste lys over geometrien og udviklingen af ​​deres magnetfelter.

Mikroskopiske vægte til at fortælle historier om milliarder af år

"Brint og ilt er de mest almindelige grundstoffer i universet, sammen med helium. Det er let at udlede, at vand er en af ​​hovedbestanddelene i mange himmellegemer. Ganymedes og Europa, Jupiters satellitter, og Enceladus, Saturns satellit, nuværende iskolde overflader, under hvilke oceaner af vand ligger. Neptun og Uranus består sandsynligvis også primært af vand, "Federico Grasselli og Stefano Baroni, første og sidste forfatter, forklare.

"Vores viden om planetariske interiører, " siger de lærde, "er baseret på egenskaberne ved planetens overflade og magnetiske felt, som selv er påvirket af de fysiske egenskaber ved deres indre struktur, som transport af energi, masse og ladning gennem de indre mellemlag. Derfor har vi udviklet en teoretisk og beregningsmetode til at beregne vands termiske og elektriske ledningsevne, i de faser og betingelser, der forekommer i sådanne himmellegemer, startende fra banebrydende simuleringer af den mikroskopiske dynamik af nogle hundrede atomer og inkorporering af elektronernes kvantenatur uden yderligere ad-hoc tilnærmelse. Ved at simulere den atomare skala for fraktioner af et nanosekund, vi er i stand til at forstå, hvad der er sket med enorme masser på tidsskalaer af milliarder af år."

Is, flydende eller superionisk:Et helt andet vand

Forskerne analyserede tre forskellige faser af vand:is, væske, og superionisk, under de ekstreme temperatur- og trykforhold, der er typiske for de indre lag af disse planeter. Grasselli og Baroni forklarer:"Under sådanne eksotiske fysiske forhold, vi kan ikke tænke på is, som vi er vant til. Selv vand er faktisk anderledes, tættere, med flere molekyler dissocieret i positive og negative ioner, dermed bærer en elektrisk ladning. Superionisk vand ligger et sted mellem den flydende og faste fase:oxygenatomerne i H ₂ O-molekyle er organiseret i et krystallinsk gitter, mens brintatomer diffunderer frit som i en ladet væske." Studiet af termiske og elektriske strømme genereret af vandet i disse tre forskellige former er afgørende for at kaste lys over mange uløste problemer.

Transport af varme og elektricitet for at forstå fortid og nutid

De to videnskabsmænd udtaler også, at "indre elektriske strømme er i bunden af ​​planetens magnetfelt. Hvis vi forstår, hvordan førstnævnte flyder, vi kan lære meget mere om sidstnævnte." Og ikke kun det. "De termiske og elektriske transportkoefficienter dikterer planetens historie, hvordan og hvornår det blev dannet, hvordan det kølede af. Det er derfor afgørende at analysere dem med de rette værktøjer, som den, vi har udviklet. I særdeleshed, de varmeledningsegenskaber, der fremgår af vores undersøgelse, tillader os at antage, at eksistensen af ​​en frossen kerne kan forklare Uranus unormalt lave lysstyrke som følge af en ekstremt lav varmeflux fra dens indre mod overfladen."

Desuden, den elektriske ledningsevne fundet for den superioniske fase er langt større end antaget i tidligere modeller af magnetfeltgenerering i Uranus og Neptun. Da superionisk vand menes at dominere de tætte og træge planetlag under det konvektive væskeområde, hvor deres magnetfelt genereres, dette nye bevis kunne have en stor indflydelse på studiet af geometrien og udviklingen af ​​de to planeters magnetfelter.