Гелиевый дождь

Ге́лиевый дождь (лат. Helium pluviam) — знаковое для газообразных планет физическое явление, при котором смесь из жидких водорода и гелия разделяется на несмешиваемые компоненты. Различие в содержании гелия во внешних и во внутренних слоях объясняют тем, что гелий конденсируется в атмосфере и в виде капель попадает в более глубокие области. Данное явление напоминает земной дождь, но только не из воды, а из гелия. Недавно было показано, что в этих каплях может растворяться неон. Тем самым объясняется и недостаток неона.

Газовые полосы Юпитера

Явление гелиевого дождя сначало было теоретически предсказано, а затем и обнаружно на крупнейших газообразных планетах солнесной системы: Сатурне и Юпитере.

Цитаты

Вести с Юпитера и Сатурна. Ученым из Университета Иллинойса (США) удалось определить условия, при которых на планетах-гигантах Юпитере и Сатурне начинается гелиевый дождь. Планеты-гиганты состоят преимущественно из гелия и водорода. Изучение взаимодействия этих двух веществ при высоких температуре и давлении необходимо для понимания процессов, происходящих внутри гигантов. Однако условия, аналогичные тем, что имеют место внутри Юпитера и Сатурна, очень сложно получить в лаборатории. Поэтому основным методом изучения взаимодействия гелия и водорода является компьютерная симуляция, учитывающая законы термодинамики. Именно при помощи моделирования на суперкомпьютере участники исследования изучали, что происходит со смесью гелия и водорода при температурах в пределах от четырех до десяти тысяч градусов по Цельсию. Ученым удалось установить, что с ростом давления гелий и водород в этой смеси разделяются, то есть перестают смешиваться. При этом гелий может образовывать капли, которые падают в направлении центра планеты.

— Игорь Харичев, «Вести из Солнечной системы», 2010

	Гелиевый дождь может иметь отношение к другой загадке газовых гигантов. Известно, что они излучают тепла больше, чем получают от Солнца. По мнению исследователей, падение капель в направлении центра планеты приводит к высвобождению дополнительной энергии, которая и отвечает за избыток излучаемого тепла.
	— Игорь Харичев, «Вести из Солнечной системы», 2010

Астрофизики обнаружили, что на Юпитере идут дожди из неона и гелия. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Американского физического общества. В рамках исследования ученые построили компьютерную модель внешних слоев газового гиганта на основе начал термодинамики. В результате им удалось установить, что в полученных условиях гелий не смешивается с остальными газами, а конденсируется в виде капель, которые падают внутрь планеты. То есть, идет гелиевый дождь. Ученым удалось установить, что капли содержат большое количество неона. Оба этих факта позволяют объяснить дефицит гелия и неона в верхних слоях Юпитера. Аномалия была обнаружена в сентябре 2003 года, когда аппарат «Галилео» был намеренно направлен в атмосферу газового гиганта, откуда перед гибелью передал исследователям большое количество информации о строении планеты.

— «На Юпитере нашли гелиевые дожди», 2010

Эксперимент над жидким дейтерием позволил ученым разобраться в процессах, ведущих в выпадению гелиевого дождя на Сатурне. Предположительно именно они отвечают за аномальное тепло во внутренних областях планеты. Соответствующее исследование опубликовано в Science, кратко о нем пишут на сайте Национальных лабораторий Сандии. <...> Исследователи предполагают, что точное определение условий перехода жидкого водорода к проводящему состоянию может существенно изменить наше представление о процессах, происходящих внутри планет–гигантов. После плотной газовой оболочки Сатурна, еще до его твердого слоя металлического водорода, возникает слой, где гелий из атмосферы соприкасается с жидким водородом, по своим параметром близким к тому, что был получен в эксперименте. До перехода водорода в такую форму он и гелий могут свободно смешиваться. Однако, когда водород уже становится проводником, гелий им еще не является, поэтому он начинает отделяться от водорода, конденсируясь в виде капель. Предположительно, в слое перехода к металлическому водороду внутри Сатурна идет гелиевый дождь. Подобное явление должно резко менять тепловой баланс планеты. По мере его выпадения в виде осадков, потенциальная энергия капель гелия из-за трения должна переходить в тепловую, дополнительно разогревая недра Сатурна. Сейчас в атмосфере Сатурна гелия примерно втрое меньше, чем в юпитерианской, что ранее порождало предположение о том, что гелиевые дожди на этой планете несколько интенсивнее.

— «Гелиевый дождь назвали причиной «молодости» Сатурна», 2015

Физики, используя один из самых мощных лазеров в мире, нашли новые подтверждения существования на Сатурне гелиевых дождей. Об этом, как сообщается на сайте Science News, на заседании Американского геофизического союза в Сан-Франциско, состоявшемся 15 декабря, рассказал Гилберт Коллинз из Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии. Дождь на Сатурне представляет собой явление, при котором смесь из жидких водорода и гелия разделяется на компоненты подобно тому, как фрагментируется смесь из воды и масла. При этом гелий из верхних слоев планеты мигрирует в нижние, что и представляет собой дождь на Сатурне. Результаты ученых показывают диапазон температур и давлений, при которых начинается дождь. Теории предсказывали существование гелиевых дождей на Сатурне с середины 1970-х годов, но их до сих пор экспериментально не наблюдали. С этой целью ученые в лаборатории лазерной энергетики Рочестерского университета в Нью-Йорке имитировали условия в глубинах Сатурна. Физики при помощи лазера OMEGA заставили смесь из водорода и гелия, расположенную между двумя алмазами, выделить жидкий гелий.

— «На Сатурне увидели гелиевые дожди», 2015

См. также

• Дождь
• Гелий
• Дейтерий
• Астрофизика
• Водород
• Сатурн
• Юпитер