Teori Sains

Eksperimen Memvalidasi Kemungkinan Hujan Helium di Jupiter dan Saturnus

Eksperimen Memvalidasi Kemungkinan Hujan Helium di Jupiter dan Saturnus, Hampir 40 tahun yang lalu, para ilmuwan pertama kali meramalkan keberadaan hujan helium di dalam planet yang terutama terdiri dari hidrogen dan helium, seperti Jupiter dan Saturnus. Namun, mencapai kondisi eksperimental yang diperlukan untuk memvalidasi hipotesis ini belum mungkin dilakukan — sampai sekarang.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan hari ini oleh Nature, para ilmuwan mengungkapkan bukti eksperimental untuk mendukung prediksi lama ini, yang menunjukkan bahwa hujan helium mungkin terjadi pada berbagai kondisi tekanan dan suhu yang mencerminkan yang diharapkan terjadi di dalam planet-planet ini.

Baca Juga : Teori Relativitas Umum Einstein Menyingkap Kosmos

“Kami menemukan bahwa hujan helium itu nyata, dan dapat terjadi di Jupiter dan Saturnus,” kata Marius Millot, fisikawan di Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) dan salah satu penulis publikasi tersebut. “Ini penting untuk membantu para ilmuwan planet menguraikan bagaimana planet-planet ini terbentuk dan berevolusi, yang sangat penting untuk memahami bagaimana tata surya terbentuk.”

“Jupiter sangat menarik karena dianggap telah membantu melindungi wilayah planet bagian dalam tempat Bumi terbentuk,” tambah Raymond Jeanloz, rekan penulis dan profesor ilmu bumi dan planet dan astronomi di University of California, Berkeley. “Kami mungkin berada di sini karena Jupiter.”

Tim peneliti internasional, termasuk para ilmuwan dari LLNL, Komisi Energi dan Energi Alternatif Perancis, Universitas Rochester dan Universitas California, Berkeley, melakukan percobaan mereka di Laboratorium Universitas Rochester untuk Energi Laser (LLE).

“Kopling kompresi statis dan guncangan yang digerakkan laser adalah kunci untuk memungkinkan kami mencapai kondisi yang sebanding dengan interior Jupiter dan Saturnus, tetapi ini sangat menantang,” kata Millot. “Kami benar-benar harus melatih teknik untuk mendapatkan bukti yang meyakinkan. Butuh waktu bertahun-tahun dan banyak kreativitas dari tim.”

Tim menggunakan sel landasan berlian untuk memampatkan campuran hidrogen dan helium menjadi 4 gigapascal, (GPa; kira-kira 40.000 kali atmosfer bumi). Kemudian, para ilmuwan menggunakan 12 sinar raksasa dari Omega Laser LLE untuk meluncurkan gelombang kejut yang kuat untuk selanjutnya memampatkan sampel ke tekanan akhir 60-180 GPa dan memanaskannya hingga beberapa ribu derajat. Pendekatan serupa adalah kunci penemuan es air superionik.

Dengan menggunakan serangkaian alat diagnostik ultra cepat, tim mengukur kecepatan kejut, reflektifitas optik dari sampel yang dikompresi kejut dan emisi termalnya, menemukan bahwa reflektifitas sampel tidak meningkat secara mulus dengan meningkatnya tekanan kejut, seperti pada kebanyakan sampel. peneliti belajar dengan pengukuran serupa. Sebaliknya, mereka menemukan diskontinuitas dalam sinyal reflektifitas yang diamati, yang menunjukkan bahwa konduktivitas listrik sampel berubah secara tiba-tiba, tanda dari pemisahan campuran helium dan hidrogen. Dalam makalah yang diterbitkan pada tahun 2011, ilmuwan LLNL Sebastien Hamel, Miguel Morales dan Eric Schwegler menyarankan penggunaan perubahan reflektifitas optik sebagai probe untuk proses demixing.

thebigvantheory – “Eksperimen kami mengungkapkan bukti eksperimental untuk prediksi lama: Ada kisaran tekanan dan suhu di mana campuran ini menjadi tidak stabil dan hancur,” kata Millot. “Transisi ini terjadi pada kondisi tekanan dan suhu yang mendekati yang diperlukan untuk mengubah hidrogen menjadi cairan logam, dan gambaran intuitifnya adalah bahwa metalisasi hidrogen memicu demixing.”

Simulasi numerik proses demixing ini menantang karena efek kuantum yang halus. Eksperimen ini memberikan tolok ukur kritis untuk teori dan simulasi numerik. Ke depan, tim akan terus menyempurnakan pengukuran dan memperluasnya ke komposisi lain untuk terus meningkatkan pemahaman kami tentang material pada kondisi ekstrem.

Hujan Helium Mungkin Terjadi di Planet Jupiter, Saran Eksperimen Baru

Jupiter, Saturnus, dan sejumlah exoplanet raksasa yang ditemukan hingga saat ini sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium. Pada tahun 1977, ilmuwan planet meramalkan keberadaan lapisan hujan helium di dalam planet tersebut. Namun, mencapai kondisi eksperimental yang diperlukan untuk memvalidasi hipotesis ini masih belum mungkin – sampai sekarang.

“Kami menemukan bahwa hujan helium itu nyata, dan dapat terjadi di Jupiter dan Saturnus,” kata Dr. Marius Millot, fisikawan di Lawrence Livermore National Laboratory.

“Ini penting untuk membantu ilmuwan planet menguraikan bagaimana planet-planet ini terbentuk dan berevolusi, yang sangat penting untuk memahami bagaimana Tata Surya terbentuk.”

Baca Juga : Membahas Tentang Satelit Jupiter Yang Ada Di Astronomi

Jupiter sangat menarik karena dianggap telah membantu melindungi wilayah planet bagian dalam tempat Bumi terbentuk. Kami mungkin berada di sini karena Jupiter, “tambah Profesor Raymond Jeanloz dari Universitas California, Berkeley.

Dalam percobaan mereka, para peneliti menggunakan sel landasan berlian untuk mengompres campuran hidrogen dan helium hingga 4 GPa.

Mereka kemudian menggunakan 12 sinar raksasa dari Fasilitas Laser Omega di Laboratorium Energi Laser Universitas Rochester untuk meluncurkan gelombang kejut yang kuat guna memampatkan sampel lebih lanjut ke tekanan akhir 60-180 GPa dan memanaskannya hingga beberapa ribu derajat.

“Kopling kompresi statis dan guncangan yang digerakkan laser adalah kunci untuk memungkinkan kami mencapai kondisi yang sebanding dengan interior Jupiter dan Saturnus, tetapi ini sangat menantang,” kata Dr. Millot.

“Kami benar-benar harus mengerjakan teknik untuk mendapatkan bukti yang meyakinkan. Butuh waktu bertahun-tahun dan banyak kreativitas dari tim. ”

Dengan menggunakan serangkaian alat diagnostik ultra cepat, para ilmuwan mengukur kecepatan kejut, reflektifitas optik dari sampel yang dikompresi kejut, dan emisi termalnya.

Mereka menemukan bahwa reflektifitas sampel tidak meningkat dengan mulus dengan meningkatnya tekanan kejut.

Sebaliknya, mereka menemukan diskontinuitas dalam sinyal reflektifitas yang diamati, yang menunjukkan bahwa konduktivitas listrik sampel berubah secara tiba-tiba, tanda dari pemisahan campuran helium dan hidrogen.

“Eksperimen kami mengungkapkan bukti eksperimental untuk prediksi lama: ada kisaran tekanan dan suhu di mana campuran ini menjadi tidak stabil dan hancur,” kata Dr. Millot.

“Transisi ini terjadi pada kondisi tekanan dan suhu yang mendekati yang diperlukan untuk mengubah hidrogen menjadi cairan logam, dan gambaran intuitifnya adalah bahwa metalisasi hidrogen memicu demixing.”

Tim sekarang berencana untuk menyempurnakan pengukuran dan memperluasnya ke komposisi lain dalam upaya terus meningkatkan pemahaman kami tentang material pada kondisi ekstrem.

Penemuan ini dipublikasikan di jurnal Nature.com.