منذ حوالي 40 عامًا ، تنبأ العلماء لأول مرة بوجود أمطار الهيليوم على الكواكب التي تحتوي على الهيدروجين والهيليوم ، وكذلك كوكب المشتري وزحل. ومع ذلك ، لا يزال من غير الممكن تحقيق شروط الاختبار المطلوبة للتحقق من هذه الفرضية.

في دراسة نشرت اليوم طبيعيالعلماء يكشفون دليل الاختبار لدعم هذا التنبؤ طويل المدى ، ثبت أن مطر الهيليوم ممكن على مجموعة متنوعة من الضغوط ظروف درجة الحرارة هذا يعكس أولئك الذين يتوقع حدوثهم داخل هذه الكواكب.

قال ماريوس ميليت ، الفيزيائي في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) والمؤلف المشارك للنشر: “وجدنا أن أمطار الهليوم حقيقية ، ويمكن أن تحدث على كل من كوكب المشتري وزحل”. “من المهم مساعدة علماء الكواكب على فهم كيفية تشكل هذه الكواكب وتطورها ، وهو أمر مهم في فهم كيفية تشكل النظام الشمسي.”

قال ريموند جانلوس ، الأستاذ المساعد وأستاذ علوم الأرض والكواكب وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي: “كوكب المشتري مثير للاهتمام بشكل خاص لأنه يُعتقد أنه ساعد في الحفاظ على منطقة كوكب الأرض”. “قد نكون هنا بسبب يوم الخميس”.

أجرى فريق بحثي دولي يتألف من علماء من LLNL ، والوكالة الفرنسية للطاقة البديلة والطاقة الذرية ، وجامعة روتشستر وجامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، تجاربهم في مختبر طاقة الليزر بجامعة روتشستر (LLE).

قال ميليت: “من المهم الجمع بين الضغط الساكن والصدمات التي يحركها الليزر لتحقيق ظروف مماثلة للظروف الداخلية لكوكب المشتري وزحل ، لكن هذا يمثل تحديًا كبيرًا”. “كان علينا حقًا العمل على هذه التقنية للحصول على أدلة موثوقة. استغرق الأمر سنوات عديدة والكثير من الإبداع من الفريق.”

لاختصار خليط الهيدروجين والهيليوم إلى 4 جيجا باسكال ، استخدمت المجموعة خلايا الماس غير الملتفة (GPA ؛ حوالي 40000 مرة من الغلاف الجوي للأرض). استخدم العلماء بعد ذلك 12 حزمة عملاقة من ليزر أوميغا الخاص بشركة LLC لتقليص العينة إلى عدة آلاف من الدرجات إلى ضغوط نهائية تبلغ 60-180 GPA لبدء موجات صدمة قوية. نهج مماثل مهم للكشف عن الجليد المائي فائق الأيونية.

باستخدام كاشفات فائقة السرعة ، قاس الفريق سرعة الصدمة ، والانعكاس البصري للعينة المضغوطة بالصدمة وانبعاثها الحراري ، ووجدوا أن انعكاس العينة لم يزداد باطراد مع زيادة ضغط الصدمة ، ودرس الباحثون بقياسات مماثلة كما هو الحال في معظم الموديلات. بدلاً من ذلك ، اكتشفوا انقطاعات في إشارة الانعكاس المرصودة ، مما يشير إلى حدوث تغيير مفاجئ في التوصيل الكهربائي للعينة ، وفصل توقيع خليط الهيليوم والهيدروجين. على قطعة من الورق صدر في عام 2011اقترح علماء LLNL سيباستيان هاميل وميغيل موراليس وإريك شويكلر استخدام التغييرات في الانعكاس البصري كدراسة لعملية التوقيت.

قال ميليت: “تكشف تجاربنا عن أدلة اختبارية للتنبؤ طويل المدى: يصبح هذا المركب غير مستقر ولديه مجموعة متنوعة من الضغوط ودرجات الحرارة لتقليلها” “يحدث هذا التغيير في ظروف الضغط ودرجة الحرارة المطلوبة لتحويل الهيدروجين في سائل معدني، والصورة البديهية هي أن معدنة الهيدروجين تحفز إعادة البناء. “

تمثل المحاكاة العددية لعملية الاستعادة هذه تحديًا بسبب التأثيرات الكمومية الدقيقة. توفر هذه التجارب معيارًا مهمًا للنظرية والمحاكاة العددية. تحسباً ، تعمل الفرقة باستمرار على تحسين القياسات وتوسيعها لتشمل أغانٍ أخرى في جهد مستمر لتحسين فهمنا للمادة في الظروف القاسية.