Металлический водород на юпитере

Обновлено: 28.09.2024

“Жаль, что у нас на Земле его нет в природе, но на Юпитере есть океаны металлического водорода. Мы хотим выяснить, как эти океаны создают огромное магнитное поле Юпитера”, — отметил Мохаммед Загу из Лаборатории лазерной энергетики Университета Рочестера (LLE) и его коллега Гилберт » Рип » Коллинз, директор программы физики высокой плотности энергии. Астрофизики уже давно считают, что планеты земной группы с магнитными полями лучше способны поддерживать газовую атмосферу и с большей вероятностью содержат жизнь.

Обитаемость газовых гигантов на самом деле не очень изучалась, отмечает Майкл Вонг из Центра интегративных планетарных наук Калифорнийского университета в Беркли.

“Юнона показывает нам, что связи между внутренним пространством, где можно найти металлический водород, и атмосферой сильнее, чем мы думали», — сказал доктор Вонг. Вонг изучает погоду в атмосфере Юпитера с помощью телескопа Хаббл и других телескопов. Он не участвовал в экспериментах с металлическим водородом.

Самое сильное магнитное поле в Солнечной системе

Одна из самых больших загадок, окружающих Юпитер, заключается в том, как он генерирует свое мощное магнитное поле, самое сильное в Солнечной системе. Одна из теорий состоит в том, что примерно на полпути к ядру Юпитера давление и температура становятся настолько сильными, что водород, составляющий 90 процентов планеты, теряет свои электроны и начинает вести себя как жидкий металл. Океаны жидкого металлического водорода, окружающие ядро Юпитера, могли бы объяснить его мощное магнитное поле.

Динамо-машина и магнитные поля — ключ к обитаемости

Вопрос о том, как водород переходит в металлическое состояние — является ли это резким переходом или нет, — имеет огромное значение для планетарной науки. Например, то, как водород переходит внутри Юпитера, многое говорит об эволюции, температуре и структуре внутренних помещений этих газовых гигантов.

Металлический водород

Металлический водород является одним из самых редких материалов на Земле, однако более 80 процентов планет, включая Юпитер, Сатурн и сотни экзопланет, состоят из этой экзотической формы материи. “Металлический водород–самая распространенная форма материи в нашей планетной системе”, – поясняют эксперты.
Его изобилии в нашей Солнечной системе, несмотря на его редкость на Земле, делает металлический водород интригующим объектом для исследователей, которые изучают формирование и эволюцию планет, в том числе то, как планеты как внутри, так и за пределами нашей солнечной системы образуют магнитные щиты.

Каждый элемент действует по-разному при сильном давлении и температуре. Например, при нагревании воды образуется газ в виде водяного пара; при замораживании образуется твердый лед. Водород обычно является газом, но при высоких температурах и давлениях–условиях, которые существуют на планетах, подобных Юпитеру, – водород приобретает свойства жидкого металла и ведет себя как электрический проводник.

Хотя ученые десятилетиями теоретизировали о существовании металлического водорода, его практически невозможно было создать на Земле. “Условия для создания металлического водорода настолько экстремальны, что, хотя металлический водород в изобилии присутствует в нашей Солнечной системе, он был создан только в нескольких местах на земле”, — добавляет Мохаммед Загу.

В LLE исследователи используют мощный ОМЕГА-лазер, чтобы стрелять импульсами в водородную капсулу. Лазер воздействует на образец, создавая условия высокого давления и высокой температуры, которые позволяют тесно связанным атомам водорода разрушаться. Когда это происходит, водород переходит из газообразного состояния в блестящее жидкое состояние, очень похожее на элемент ртуть.

Изучая проводимость металлического водорода, Загу и Коллинз смогли построить более точную модель динамо–эффекта — процесса, в котором кинетическая энергия проводящих движущихся жидкостей преобразуется в магнитную энергию. Газовые гиганты, такие как Юпитер, обладают очень мощным динамо-двигателем, но этот механизм также присутствует глубоко внутри Земли, во внешнем ядре. Эта динамо-машина создает наше собственное магнитное поле, делая нашу планету пригодной для жизни, защищая нас от вредных солнечных частиц.

Исследователи могут составить карту магнитного поля Земли, но, поскольку земля имеет магнитную кору, спутники не могут заглянуть достаточно далеко вглубь нашей планеты, чтобы наблюдать динамо-машину в действии. С другой стороны, у Юпитера нет барьера из земной коры. Это относительно облегчает спутникам, таким как космический зонд НАСА «Юнона», который в настоящее время находится на орбите вокруг Юпитера, наблюдение за глубинными структурами планеты, говорит Коллинз.

Загу и Коллинз сосредоточили свои исследования 2019 года на взаимосвязи между металлическим водородом и началом динамического действия, включая глубину, на которой формируется динамо Юпитера. Они обнаружили, что динамо–машина газовых гигантов, таких как Юпитер, вероятно, зарождается ближе к поверхности–там, где металлический водород наиболее проводящий, — чем динамо-машина Земли. Эти данные в сочетании с откровениями миссии Juno могут быть включены в имитационные модели, которые позволят получить более полную картину эффекта динамо.

“Частью мандата миссии «Юнона» была попытка понять магнитное поле Юпитера», — говорит Загу. “Ключевым дополнением к данным Juno является то, насколько проводящий водород находится на разных глубинах планеты. Нам нужно встроить это в наши модели, чтобы лучше предсказывать текущий состав и эволюцию планеты”.

Лучшее понимание планет в нашей собственной солнечной системе также дает больше информации о магнитной защите экзопланет за пределами нашей Солнечной системы–и может помочь определить возможность жизни на других планетах.

Юнона, дай мне силу!

Сегодня «Юнона» успешно завершила маневр перехода на орбиту вокруг Юпитера. Благодаря 35 минутам работы основного двигателя аппарат слегка притормозил, уменьшив свою скорость на полкилометра в секунду и оказался захвачен гравитационным притяжением газового гиганта. Все остальные изменения траектории «Юноны» проделала гравитация. Теперь аппарат стал искусственным спутником крупнейшей планеты в Солнечной системе и ученые готовятся к началу научной фазы миссии. Мы собрали пять главных вопросов, которые «Юнона» поставит перед Юпитером.

Как возник Юпитер?

Первый из вопросов, которые предстоит расследовать «Юноне» — происхождение Юпитера. Существует две гипотезы, описывающие возникновение планет из первичного протопланетного диска. В первой из них частицы медленно слипаются и образуют массивные глыбы. Если такая глыба стягивает на себя достаточно много газа, то в результате образуется газовый гигант. Вторая гипотеза предполагает, что газовые гиганты рождаются при коллапсе (резком сжатии) областей газо-пылевого облака. Этот процесс повторяет в миниатюре рождение звезды.

В зависимости от сценария образования, Юпитер будет содержать разное количество воды и аммиака в своей атмосфере. Ученые смогут измерить эти величины с помощью микроволнового радиометра MWR. Провести такие измерения дистанционно невозможно из-за радиационных поясов Юпитера, вносящих шумы. Интересно отметить, что аналогичные радиометры используются для мониторинга земных океанов, например, в спутнике Sentinel-3A. Кроме того, на механизм образования укажет масса твердого ядра, которую ученые оценят из гравитационного эксперимента GSE.

Как устроены полосы Юпитера?

Взглянув на Юпитер даже в небольшой телескоп можно обратить внимание на несколько крупных разноцветных полос, пересекающих его диск. Более детальные снимки, сделанные «Хабблом» показывают, что это атмосферные завихрения, обладающие сложной структурой. До сих пор немногое известно об их свойствах — насколько глубоки эти полосы, какова их температура. Кроме того, неизвестен и их химический состав. Интересно, что у Юпитера очень большая скорость собственного вращения — сутки на планете длятся всего 10 часов. Движутся ли внутренние области газового гиганта с другой скоростью?

Исследовать состав юпитерианских облаков будет микроволновый радиометр совместно с приборами JIRAM и ультрафиолетовым спектрометром. Для того чтобы выяснить, как быстро перемещаются массы газа, физики поставят гравитационный эксперимент GSE. Попадая в области с разным гравитационным притяжением (из-за неоднородного распределения масс), аппарат будет испытывать ускорение. Оно будет приводить к доплеровским смещениям в сигналах, передаваемых «Юноной» на Землю, которое и отследят ученые.

Cloverway International (CWI)

«Юнона» получила свое название по одному из сюжетов древнеримской мифологии — так звали жену Юпитера. На сегодняшний день аппарат является самым далеким устройством, работающим на солнечной энергии. Площадь солнечных батарей спутника свыше 60 квадратных метров. С развернутыми модулями аппарат сопоставим с размерами баскетбольной площадки. Масса «Юноны» (без топлива) достигает 1,593 тонны. С момента запуска, 5 августа 2011 года, она пролетела уже более 1,7 миллиарда километров. Миссия продлится до 20 февраля 2018 года.

Откуда на Юпитере такие мощные полярные сияния?

На полюсах Юпитера бушуют самые яркие полярные сияния в Солнечной системе. Их зафиксировал еще в 1979 году ультрафиолетовый спектрометр «Вояджера». Источником свечения, простирающегося вплоть до рентгеновского диапазона, является взаимодействия заряженных частиц с молекулами атмосферных газов, например, с водородом. Физики планируют выяснить, каков состав солнечного ветра, «атакующего» Юпитер. Однако не только ветер является причиной полярных сияний. Источниками заряженных частиц оказываются и спутники Юпитера: Ио и, в меньшей степени, Европа, Каллисто и Ганимед.

Для изучения полярных сияний на «Юноне» установлено сразу несколько специализированных приборов. Например JADE, который детектирует окружающие аппарат электроны, а также ионы водорода, гелия, кислорода и серы. Все эти частицы причастны к возникновению сияний. По словам ученых, источником ионов являются, в частности, вулканы Ио. Другой прибор, JEDI, будет определять спектр энергий этих частиц.

С помощью JIRAM физики будут изучать авроры в инфракрасном диапазоне. Инженеры отмечают, что длины волн, на которых работает инструмент, поглощаются водородом атмосферы. Так как сияния происходят над основной массой облаков, их снимки в этом диапазоне будут более контрастными. Также съемка сияний будет идти и в ультрафиолетовом диапазоне. Поддержку «Юноне» окажет «Хаббл», подключаясь к наблюдениям несколько раз в месяц.

Откуда у Юпитера магнитное поле?

Магнитосфера Юпитера — крупнейшая из магнитосфер планет Солнечной системы. Она простирается на несколько миллионов километров в направлении к Солнцу и почти до орбиты Сатурна в противоположную сторону. Считается, что источником магнитных полей является планетарный динамо-эффект. Он заключается в том, что вращение и конвекционные процессы в горячих проводящих средах вызывают самоподдерживающееся поле. В случае поля Земли роль среды играет расплавленное внешнее ядро, состоящее из тяжелых элементов, например, железа. Физики предполагают, что роль динамо в Юпитере выполняет бурлящий океан жидкого металлического водорода.

Предполагается, что водород в этом фазовом состоянии может существовать в областях огромных давлений и температуры, возникающих на глубине трети радиуса планеты. Хотя обычный и сжиженный водород — изоляторы, металлический водород проводит электрический ток. Такое состояние долгое время пытались получить на Земле. Недавно косвенные следы этого вещества нашли физики из Гарвардского Университета.

Для построения трехмерных моделей магнитного поля ученые будут использовать магнитометр MAG. Он позволит увидеть крупномасштабные изменения поля и, в теории, определить глубину на которой начинается магнитное динамо. Кстати, перед выходом на орбиту «Юнона» «услышала» вход в магнитосферу планеты.

Как устроены горячие пятна Юпитера?

Одна из необычных особенностей атмосферы Юпитера — горячие пятна. Это области, свободные от облаков, которые видны в инфракрасном диапазоне как белые пятна. Их происхождение связано с крупномасштабными волнами Россби в атмосфере. В 1995 году зонд «Галилео» прошел сквозь одно из таких пятен. Ученые сравнивают их с окнами в недра Юпитера, сквозь которые можно увидеть нижние ярусы облаков, содержащих, в частности, воду. С помощью горячих пятен инструмент JIRAM должен выяснить, каким образом движутся водные облака в глубоких слоях юпитерианской атмосферы.

А как же фотографии?

Специально для любителей космических фотографий на борту «Юноны», установлена камера JunoCam. Она не относится к числу научных инструментов, к тому же ее ресурс ограничен — она выдержит лишь восемь 14-дневных оборотов вокруг Юпитера. Ожидать от нее снимков Европы и Ганимеда, к сожалению, нельзя — аппарат пролетит слишком далеко от них. Зато всем желающим предложат участвовать в выборе объектов для съемки в атмосфере газового гиганта.

Ученым из Гарварда удалось получить металлический водород

Изображение алмазных наковален, сжимающих образец молекулярного водорода. При высоком давлении водород переходит в атомарное состояние, как показано справа. Источник: Dias & Silvera, 2017

В 1935 году ученые Юджин Вигнер и Бэлл Хантингтон предсказали возможность перевода водорода в металлическое состояние под воздействием огромного давления — 250 тысяч атмосфер. Немного позже эта точка зрения была пересмотрена, специалисты повысили оценку давления, которое требуется для фазового перехода. Все это время условия перехода считались достижимыми, и ученые пробовали «взять планку», необходимую для перехода водорода в новую фазу. Впервые металлический водород пытались получить в 1970-х. Повторные попытки были предприняты в 1996, 2008 и 2011 году. Ранее сообщалось, что в 1996 году ученым из Германии удалось на долю микросекунды перевести водород в металлическое состояние, хотя не все согласны с этим.

Что касается давления, необходимого для получения металлического водорода, то с развитием квантовой механики и физики вообще стало понятно, что давление должно быть примерно в 20 раз более высоким, чем считалось ранее — не 25 ГПа, а 400 или даже 500 ГПа. Считается, что большие количества металлического водорода присутствуют в ядрах планет-гигантов — Юпитера, Сатурна и крупных внесолнечных планет. Благодаря гравитационному сжатию под газовым слоем должно находиться ядро из металлического водорода. Понятно, что для того, чтобы получить гигантское давление, нужны особые технологии и методы. Добиться желаемого получилось благодаря использованию двух алмазных наковален.

Прочность наковальни была усилена напылением из оксида алюминия, которое оказалось непроницаемым для атомов водорода. Образец водорода был сжат между заостренными концами двух алмазных наковален и при давлении в 495 ГПа ученые добились перехода образца в металлическую фазу.

Источник: Dias & Silvera, 2017

Во всяком случае, образец сначала потемнел, а затем стал отражать свет. При относительно низких показателях давления образец был непрозрачным, ток он не проводил. Эксперимент, проведенный Исааком Силвера (Isaac Silvera) и Ранга Диас (Ranga Dias), был повторным. Впервые добиться перехода водорода в металлическую фазу ученым удалось в середине 2016 года. Но результаты эксперимента нуждались в подтверждении, повторном опыте. Поскольку результаты изначального опыта подтвердились, их можно считать корректными.

К текущему результату ученые шли несколько лет. Только на то, чтобы достичь давления, при котором водород разбивается на индивидуальные атомы, у Силвера и Диас ушло три года. Давление, о котором идет речь — 380 ГПа.

После этого увеличение давления подразумевало необходимость усиления прочности алмазных наковален, которые использовались в эксперименте. Для этого стали напылять тончайшую пленку из оксида алюминия. Без усиления прочности алмазы, которые являются наиболее твердыми минералами на Земле, начинают разрушаться при увеличении давления выше показателя в 400 ГПа.

Учеными была проделана большая работа по изучению алмазов. Причин разрушения могло быть несколько — от дефектов структуры кристалла до влияния самого сжатого до огромной плотности водорода. Для того, чтобы решить первую проблему, специалисты тщательным образом проверяли структур кристалла под микроскопом с большим увеличением. «Когда мы просмотрели на алмаз под микроскопом, мы обнаружили дефекты, которые делают этот минерал уязвимым к внешним факторам», — заявил Силвера. Вторая проблема была решена при помощи напыления, противодействующего утечке атомов и молекул водорода.

Пока что сложно сказать, какую форму металла получили англичане — твердую или жидкую. Сами они затрудняются сказать, хотя считают, что водород перешел в фазу жидкого металла, поскольку это предсказано расчетами. В чем они уверены, так это в том, что образец водорода после сжатия стал в 15 раз более плотным, чем до начала этой процедуры. Температура водорода, который поместили в алмазную наковальню, составила 15К. После перехода элемента в металлическую фазу его нагрели до 83 К, и он сохранил свои металлические свойства. Расчеты показывают, что металлический водород может быть метастабильным, то есть сохранять свои свойства даже после того, как внешние факторы, которые привели к переходу элемента в металлическую фазу, будут ослаблены.

Зачем человеку металлический водород? Считается, что в таком состоянии он проявляет свойства высокотемпературного сверхпроводника. Кроме того, метастабильные соединения металлического водорода могут использоваться в качестве компактного, эффективного и чистого ракетного топлива. Так, при переходе металлического водорода в молекулярную фазу высвобождается примерно в 20 раз больше энергии, чем при сжигании килограмма смеси кислорода и водорода — 216 Мдж/кг.

«Для получения металлического водорода нам понадобилось огромное количество энергии. А если вы снова переведете атомарный металлический водород в молекулярное состояние, вся эта энергия высвободится, так что мы можем получить самое мощное ракетное топливо в мире, что совершит революцию в ракетостроении», — заявили авторы исследования. По их мнению, новое топливо, при условии его использования, позволит легко достичь других планет. Времени на путешествие к ним будет затрачено гораздо меньше, чем в настоящее время, с использованием современных технологий.

Физики заявили о создании твердого металлического водорода

Фотографии твердого водорода при давлении 2,05 миллиона атмосфер (a, образец прозрачный и свет проходит сквозь него), 4,15 миллиона атмосфер (b, образец непрозрачный, не отражает свет), 4,95 миллиона атмосфер (с, образец непрозрачный, отражает свет).

Ranga P. Dias, Isaac F. Silvera / Science, 2017

Физики из Гарвардского университета впервые синтезировали металлический водород. Чтобы добиться этого, ученые сжали водород в алмазной наковальне под давлением почти в 5 миллионов атмосфер и охладили до 5,5 кельвина. Теоретики предсказывают, что материал может оказаться комнатнотемпературным сверхпроводником, а также обладать рядом других необычных свойств. Независимые эксперты подвергают открытие сомнению. Исследование опубликовано в журнале Science (препринт работы), его обзор приводит журнал Nature.

Водород — самый распространенный элемент во Вселенной. В обычных условиях он существует в виде бесцветного газа, каждая частица которого состоит из двух атомов водорода. Если сжать обычный водород давлениями в тысячи атмосфер, то можно получить его сначала в жидком, а потом и в твердом виде — прозрачного, не проводящего электричество материала. В 1935 году физики Вигнер и Хантингтон теоретически предсказали, что дополнительно увеличив давление можно заставить водород перейти в металлическое состояние.

Этот материал привлек к себе внимание экспериментаторов благодаря своим необычным свойствам — с одной стороны, теоретики предсказывают ему сверхпроводимость при температурах близких к комнатной. С другой стороны, в виде металлической фазы водород запасает огромную энергию и его удобно хранить — это свойство важно для ракетостроения. Попытки синтеза материала начались во второй половине XX века, но до сих пор нельзя с уверенностью сказать, что он был получен.

Фазовая диаграмма водорода. Твердый металлический водород внизу справа.

Одна из важных проблем синтеза металлического водорода — высокие давления, необходимые для фазового перехода. Вигнер и Хантингтон предсказали, что молекулярный двухатомный водород должен превращаться в металлический одноатомный водород при давлениях около 250 тысяч атмосфер и низких температурах. Это примерно в 250 раз больше, чем давление на дне Марианской впадины. Однако эксперименты показали, что эта оценка не соответствует действительности. Современные исследования предсказывают величину давления фазового перехода в 4-5 миллионов атмосфер — это эквивалентно давлению, которое оказывает объект с массой слона, стоящий на игле с площадью поверхности острия меньше квадратного миллиметра.

Авторы новой работы утверждают, что смогли синтезировать твердый металлический водород с помощью алмазной наковальни, создававшей давление в 4,95 миллиона атмосфер в охлаждаемой жидким гелием ячейке. Этот прибор представляет собой пару высококачественных алмазов, с плоскими отшлифованными гранями наковальни. Их сжимают, вкручивая длинные стальные винты.

R. Dias and I.F. Silvera

Ранее гарвардский коллектив ученых уже предпринимал попытки синтеза металлического водорода — в ходе экспериментов физики выяснили несколько проблем, осложняющих достижение больших давлений. В первую очередь водород способен проникать в алмаз и делать его более хрупким. С ростом давлений это приводит к разрушению «наковальни». Во-вторых, лазерное излучение, используемое для мониторинга состояния ячейки, также может привести к разрушению алмаза (например, инфракрасное излучение способно превратить алмаз в графит). Чтобы избежать этих сложностей авторы модифицировали традиционный эксперимент.

Физики покрыли алмазные поверхности аморфным оксидом алюминия (толщиной 50 нанометров), для предотвращения диффузии водорода. Кроме того, использование лазерного излучения в эксперименте было минимизировано — оценка давлений делалась на основе количества оборотов винта.

Ученые следили за изменениями в образце с помощью микроскопа. При двух миллионах атмосфер водород был прозрачным твердым веществом. При 4,15 миллиона атмосфер образец потемнел и перестал пропускать свет. При давлении 4,95 миллиона атмосфер авторы обнаружили, что образец стал красноватым и начал хорошо отражать свет. Из спектральных данных физики определили, что в твердом водороде возникла большая концентрация свободных носителей заряда (7,7±1,1×10 23 частиц на кубический сантиметр) — в десятки раз больше чем у лития, натрия или калия (щелочных металлов). По словам ученых, это подтверждает металлическую природу материала.

Независимые эксперты, также участвующие в «гонке» синтеза металлического водорода, сомневаются в надежности работы. Во-первых, эксперимент по синтезу металлического водорода был поставлен лишь один раз и не воспроизводился. Во-вторых, свою роль могло сыграть покрытие из оксида алюминия — нет уверенности, что материал не восстановился до металлического алюминия. Евгений Грегорянц, синтезировавший год назад фазу-предшественник металлического водорода, также отмечает, что детальные измерения состояния ячейки были сделаны лишь при пиковых значениях давлений. На их основании нельзя надежно судить о достигнутом давлении, как и на основе количества оборотов винта.

Убедить экспертов может повторение эксперимента и дополнительные тесты. По словам Айзека Сильвера, соавтора работы, решение опубликовать статью с ограниченным количеством подтверждающих тестов было связано с тем, что образец может разрушиться при дальнейшей работе с ним. Сейчас, когда исследование опубликовано, физики планируют провести анализ рамановского рассеяния на металлическом водороде и другие тесты.

Это не первое заявление ученых о синтезе металлического водорода. В июле 2016 года группа исследователей под руководством Айзека Сильвера заявила о синтезе жидкого металлического водорода (и также подверглась критике). В 2011 году о синтезе материала заявляли Михаил Еремец и Иван Троян из Химического института общества Макса Планка, однако, по словам химиков, надежных подтверждений до сих пор получено не было. Считается, что встретить жидкий металлический водород можно, например, в недрах Юпитера.

Восход Люцифера: Может ли научный проект НАСА взорвать Юпитер

Газовый гигант очень похож на Солнце по химическому составу. Есть мнение, что планете нужно лишь немного помочь и в ней запустится термоядерная реакция превращения водорода в гелий.

На самом деле эта мысль будоражит умы землян как минимум с середины XX столетия. Многие загорелись после прочтения легендарного научно-фантастического романа Артура Кларка "Космическая одиссея". По сюжету Юпитер был взорван, или, лучше сказать, в нём запустили термоядерную реакцию. В общем, в итоге в небе над Землёй загорелась новая звезда. Она была настолько яркой, что не стало по-настоящему тёмных ночей и начали вымирать ночные животные. А ещё от юпитерианского ядра откололись исполинские алмазные глыбы (на момент написания книги предполагалось, что именно алмаз находится в центре планеты), и великолепный камень из предмета любования превратился для человечества в самый надёжный строительный материал, из которого возвели космические лифты.

Впоследствии (и наверное, к счастью) учёные пришли к выводу, что на самом деле сердцевина Юпитера состоит в основном из водорода, который под давлением перешёл в металлическое состояние, так что алчные фантазии о небе в алмазах померкли. Но представления об этой планете как о потенциальной звезде живы до сих пор.

Что общего между Юпитером и Солнцем

Покоя адептам идеи "звезды-неудачницы" не даёт прежде всего удивительное химическое сходство пятой планеты и её родительского светила: чуть более 70% водорода и на уровне 25% гелия. Само по себе это вполне логично: мы все (то есть вся Солнечная система) "из одной песочницы", то есть из одного и того же облака газа и пыли. Но благодаря этому факту в сочетании с огромными размерами Юпитер и нажил себе славу звезды, которая не зажглась.

Дополнительная интрига возникла, когда выяснилось, что Юпитер гораздо горячее, чем ожидалось. Исходя из расстояния от Солнца, в его атмосфере должно было быть около –73 по Цельсию, но измерения показали, что в верхних слоях свыше +420, то есть немногим меньше, чем в адской теплице Венеры. Это означало, что планета выделяет гораздо больше тепла, чем получает от Солнца. Возникло предположение, что в газовом гиганте, собственно, идёт термоядерная реакция, как в звёздах. Но и тут постигло разочарование: по более поздним представлениям, тепло выходит потому, что планета понемногу остывает и сжимается. По некоторым расчётам, Юпитер ежегодно уменьшается в диаметре на два сантиметра. И газовый шар давно бы коллапсировал, но равновесие поддерживает то, что под влиянием сжатия разогревается ядро, его жар восстанавливает нормальное давление в недрах планеты и не даёт ей схлопнуться под действием собственной гравитации. Это так называемый механизм Кельвина – Гельмгольца.

А недавно выяснилось, что атмосферу Юпитера и вовсе разогревают полярные сияния: из-за взаимодействия частиц выделяется не только свет, но и тепло. Любопытно, что главным виновником этих полярных сияний назвали не Солнце, а спутник Юпитера Ио — на неспокойной луне постоянно извергаются вулканы, поток выброшенных в космос веществ притягивает газовый гигант, эти вещества врезаются в его атмосферу и создают свечение плюс невероятный жар.

Почему Юпитер не стал звездой

Потому что при всём уважении он для этого маловат. Чтобы стать термоядерным реактором, ему нужно минимум раз в пятнадцать больше массы. К примеру, самые тусклые звёзды во Вселенной — коричневые карлики — начинаются по массе примерно с 13 Юпитеров. И в них, кстати, идёт не та реакция, что в Солнце, — там топливом служит не классический водород (один протон, один электрон), а его более тяжёлая разновидность — дейтерий (протон, нейтрон, электрон).

Можно ли сделать Юпитер звездой

В своё время в узких кругах широко обсуждался некий коварный план под названием проект "Люцифер". Опять же отсылка к "Космической одиссее". Смысл был такой: в ядро Юпитера ударяется определённое количество радиоактивного вещества, происходит ядерный взрыв, запускается цепная реакция, и гигантская планета превращается в звезду Люцифер. И в подобных намерениях подозревали (а некоторые и до сих пор подозревают) агентство NASA. Якобы это облегчит колонизацию Солнечной системы.

И когда в 1989 году к Юпитеру полетел зонд "Галилео", поползли слухи, что истинная цель этой миссии — зажечь новую звезду. Аргументы в пользу этого заявлялись следующие: во-первых, аппарат питался от батарей, которые работали на плутонии-238, а во-вторых, после завершения исследований его предстояло сбросить на Юпитер.

И то, и другое правда. В 2003 году "Галилео" действительно целенаправленно свели с орбиты и проводили в последний путь непосредственно к газовому гиганту. Но дело в том, что ни о каком столкновении с ядром в принципе не могло быть разговора — зонд начисто сгорел ещё в верхних слоях атмосферы. Не говоря уже о мизерном количестве плутония на борту.

Как рассчитали физики, чисто теоретически для запуска термоядерного синтеза нужна температура около 10 миллионов градусов. Так вот, российский шестиклассник (!) Владимир Верозуб в 2003 году вычислил, что, даже если создать достаточно мощную бомбу и сбросить её на Юпитер, это не запустит самоподдерживающуюся реакцию — планета просто взорвётся, то есть разлетится по мировому пространству, а не вспыхнет звездой.

И тем не менее после "Галилео" начались сплетни о миссии "Кассини", которая отправилась к Сатурну и тоже нашла в его недрах вечный покой. И даже зонд "Юнона" (запущен к Юпитеру в 2011 году, сейчас летит к его спутнику Европе) не избежал клеветы, а это уже просто выходит за рамки пространства-времени: ладно ещё "Кассини", там тоже был радиоизотопный термоэлектрический генератор на плутонии, а "Юнона"-то вообще целиком и полностью на солнечных панелях.

Читайте также: