В 2009 году планетологи из Университета Иллинойса заставили по-новому взглянуть на внутренности Юпитера и Сатурна. С помощью суперкомпьютерного моделирования они выяснили, что глубоко в недрах этих гигантов идёт самый настоящий гелиевый дождь. Не метафора: капли жидкого гелия падают сквозь водородную оболочку к центру планеты, выделяя энергию и переписывая наши представления о том, как устроены газовые миры.

Смесь, которая не хочет смешиваться

Планеты-гиганты — это прежде всего водород и гелий. Но что происходит с этой космической смесью при чудовищных давлениях и температурах, царящих в глубине, — вопрос, на который у науки долго не было ясного ответа. Воспроизвести такие условия в лаборатории крайне сложно, поэтому исследователи обратились к термодинамическим симуляциям. Команда из Иллинойса прогнала на суперкомпьютере модель поведения водородно-гелиевой смеси в диапазоне от четырёх до десяти тысяч градусов Цельсия — именно такие температуры характерны для недр Юпитера и Сатурна.

Результат оказался неожиданным: с ростом давления гелий и водород перестают смешиваться. Они разделяются, как масло и вода, и гелий начинает собираться в капли. А поскольку у газовых гигантов нет твёрдой поверхности в привычном понимании, эти капли просто падают вниз, к центру планеты — сквозь толщу водорода. Фактически, внутри Сатурна и Юпитера идёт непрерывный гелиевый ливень.

Сатурн расслоился сильнее, чем думали

Моделирование показало, что на Сатурне разделение гелия и водорода выражено особенно сильно — по словам учёных, эти два элемента разделены в большей части планеты. Это противоречит прежним теориям формирования и эволюции газовых гигантов, которые предполагали более однородное перемешивание. Зато новые данные прекрасно согласуются с наблюдениями: астрономы давно замечали особенности в тепловом излучении и внутренней структуре Сатурна, которые теперь получают естественное объяснение.

Лишнее тепло из глубины

Гелиевый дождь, возможно, решает ещё одну давнюю загадку. И Юпитер, и Сатурн излучают в космос заметно больше тепла, чем получают от Солнца. Откуда берётся эта избыточная энергия? Падающие капли гелия дают изящный ответ. Когда более плотные гелиевые капли тонут в водородной среде, их потенциальная энергия переходит в тепло — тот самый механизм, который разогревает недра и заставляет планеты светиться в инфракрасном диапазоне ярче, чем можно было бы ожидать от одного лишь солнечного нагрева.

Работа, опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Science, не просто добавила деталь к портрету газовых гигантов. Она показала, что даже в, казалось бы, хорошо изученных объектах Солнечной системы могут скрываться процессы, которые ломают привычные схемы. Гелиевый ливень внутри Сатурна — напоминание о том, что планеты-гиганты всё ещё полны сюрпризов, а их внутренняя жизнь куда сложнее и динамичнее, чем представлялось ещё пару десятилетий назад.