Nội thất của hai người khổng lồ khí, Sao Mộc và Sao Thổ, là những nơi khá khắc nghiệt. Thông thường khi chúng ta nghĩ về một kim loại lỏng, chúng ta có những suy nghĩ về thủy ngân lỏng ở nhiệt độ phòng (hoặc kim loại lỏng T-1000 được lắp ráp lại do Robert Patrick thủ vai trong phim Kẻ hủy diệt 2), hiếm khi chúng ta coi hai trong số các nguyên tố phong phú nhất trong Vũ trụ là một kim loại lỏng trong một số điều kiện nhất định. Tuy nhiên, đây là những gì một nhóm các nhà vật lý từ UC Berkley đang tuyên bố; heli và hydro có thể trộn lẫn với nhau, bị ép bởi áp lực lớn gần lõi của Sao Mộc và Sao Thổ, tạo thành một hợp kim kim loại lỏng, có thể thay đổi nhận thức của chúng ta về những gì nằm dưới những cơn bão Jovian
Thông thường các nhà vật lý và hóa học hành tinh tập trung hầu hết sự chú ý của họ vào các đặc điểm của nguyên tố phong phú nhất trong Vũ trụ: hydro. Thật vậy, hơn 90% cả Sao Mộc và Sao Thổ cũng là hydro. Nhưng bên trong những bầu khí quyển khổng lồ khí quyển này không phải là nguyên tử hydro đơn giản, nó là khí hydro diatomic phức tạp đáng ngạc nhiên (tức là hydro phân tử, H2). Vì vậy, để hiểu được tính năng động và bản chất của bên trong các hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt trời của chúng ta, các nhà nghiên cứu từ UC Berkley và London đang xem xét một yếu tố đơn giản hơn nhiều; khí phổ biến thứ hai trong vũ trụ: helium.
Raymond Jeanloz, giáo sư tại UC Berkeley, và nhóm của ông đã phát hiện ra một đặc tính thú vị của helium ở áp suất cực đoan có thể gây ra gần lõi của Sao Mộc và Sao Thổ. Helium sẽ tạo thành một hợp kim lỏng kim loại khi trộn với hydro. Tình trạng vật chất này được cho là hiếm, nhưng những phát hiện mới này cho thấy hợp kim helium kim loại lỏng có thể phổ biến hơn chúng ta nghĩ trước đây.
“Đây là một bước đột phá về sự hiểu biết của chúng ta về vật liệu, và điều đó rất quan trọng bởi vì để hiểu được sự phát triển lâu dài của các hành tinh, chúng ta cần biết nhiều hơn về tính chất của chúng. Phát hiện này cũng thú vị từ quan điểm hiểu lý do tại sao vật liệu là như vậy, và điều gì quyết định sự ổn định của chúng và tính chất vật lý và hóa học của chúng. - Raymond Jeanloz.
Ví dụ, sao Mộc gây áp lực rất lớn lên các khí trong khí quyển của nó. Do khối lượng lớn của nó, người ta có thể mong đợi áp suất lên tới 70 triệu bầu khí quyển Trái đất (không, điều đó không đủ để khởi động nhiệt hạch), tạo ra nhiệt độ lõi từ 10.000 đến 20.000 K (nóng hơn 2-4 lần so với Ảnh mặt trời!). Vì vậy, helium được chọn làm nguyên tố để nghiên cứu trong những điều kiện khắc nghiệt này, một loại khí chiếm tới 5-10% vật chất quan sát vũ trụ.
Sử dụng cơ học lượng tử để tính toán hành vi của helium dưới áp suất và nhiệt độ cực đoan khác nhau, các nhà nghiên cứu nhận thấy helium sẽ biến thành kim loại lỏng ở áp suất rất cao. Thông thường, helium được coi là một loại khí không màu và trong suốt. Trong điều kiện khí quyển Trái đất, điều này là đúng. Tuy nhiên, nó biến thành một sinh vật hoàn toàn khác ở 70 triệu bầu khí quyển Trái đất. Thay vì là một loại khí cách điện, nó biến thành một chất kim loại lỏng, giống như thủy ngân,chỉ ít phản xạ, Jean Jeanzz nói thêm.
Kết quả này gây ngạc nhiên vì người ta luôn nghĩ rằng áp lực lớn làm cho các nguyên tố như hydro và helium trở nên giống kim loại trở nên khó khăn hơn. Điều này là do nhiệt độ cao ở các vị trí như lõi Sao Mộc gây ra sự rung động gia tăng trong các nguyên tử, do đó làm chệch hướng các đường điện tử cố gắng chảy trong vật liệu. Nếu không có dòng điện tử, vật liệu sẽ trở thành chất cách điện và không thể được gọi là kim loại.
Tuy nhiên, những phát hiện mới này cho thấy các rung động nguyên tử dưới các loại áp lực này thực sự có tác dụng phản trực giác tạo ra các đường dẫn mới cho các electron chảy. Đột nhiên helium lỏng trở thành dẫn điện, có nghĩa là nó là một kim loại.
Trong một khuynh hướng khác, người ta cho rằng kim loại lỏng helium có thể dễ dàng trộn với hydro. Vật lý hành tinh cho chúng ta biết rằng đây không phải là khả năng, hydro và heli tách rời nhau như dầu và nước bên trong các khối khí khổng lồ. Nhưng nhóm Jeanloz, đã phát hiện ra rằng hai nguyên tố thực sự có thể trộn lẫn với nhau, tạo ra một hợp kim kim loại lỏng. Nếu đây là trường hợp, một số suy nghĩ nghiêm túc về tiến hóa hành tinh cần phải được thực hiện.
Cả Sao Mộc và Sao Thổ đều giải phóng nhiều năng lượng hơn Mặt trời cung cấp nghĩa là cả hai hành tinh đều tạo ra năng lượng riêng. Cơ chế được chấp nhận cho điều này là ngưng tụ các giọt heli rơi xuống từ các hành tinh khí quyển trên tầng thượng và đến lõi, giải phóng tiềm năng hấp dẫn khi helium rơi xuống như mưa. Tuy nhiên, nếu nghiên cứu này được chứng minh là đúng, phần bên trong khí khổng lồ có khả năng đồng nhất hơn rất nhiều so với suy nghĩ trước đây có nghĩa là không thể có những giọt helium.
Vì vậy, nhiệm vụ tiếp theo của Jeanloz và nhóm của ông là tìm ra một nguồn năng lượng thay thế tạo ra nhiệt trong lõi của Sao Mộc và Sao Thổ (Vì vậy, don lồng đi viết lại sách giáo khoa)
Nguồn: UC Berkeley
