一项旨在模拟行星气体巨星内部条件的实验室研究可能已经解开了土星为何比其较大的邻居木星热得多的谜团。作为行星，它们非常相似：它们都主要由氢和氦组成，并且大小大致相同。但是考虑到土星和木星的初始温度以及这些行星预计如何向太空辐射能量，木星似乎已经正常冷却，而土星则保留了其热量。6月15日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究提出了一种新的模型，可以解释这两个气态巨行星之间这种神秘的差异。
爱丁堡大学物理和天文学院的地球和行星科学家、主要作者斯图尔特·麦克威廉姆斯说，大多数科学家都认为，理解木星和土星温度差异的关键在于行星表面深处。构成这些行星内部的物质被高度压缩且极热，但我们无法直接观察到这种物质，因为它被行星不透明的表面所掩盖。为了更好地了解气体巨星内部实际发生的情况，科学家们必须在实验室中模拟这种奇特的条件。
由于惰性气体是行星大气的主要成分，一组由卡内基科学研究所物理学家亚历山大·贡恰罗夫领导的科学家对这些气体进行了极端温度和压力的处理，以观察这些气体的行为。惰性气体是原子世界中害羞的家伙——这些原子周围的电子层是充满的，所以它们在化学上是惰性的，通常不会与它们的邻居交换或共享电子。但是，当这些惰性气体在高压下被挤压或在通过两个气体巨行星的氢气包层降落到极端内部条件时被加热时，它们的电子开始脱落，使它们更愿意与其他元素相互作用。
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科学家们仍在努力建立对这种称为绝缘体到导体转变的行为变化的扎实理解。贡恰罗夫的团队决定对四种惰性气体（氦气、氖气、氩气和氙气）进行实验，使用金刚石砧座电池以超过地球大气压100000倍的压力压缩它们，并将其加热到27750摄氏度以上。
科学家们观察到在模拟土星和木星内部的条件下，氖的行为方式存在一种奇特的差异。他们的实验表明，即使在土星核心的极端高温和压力下，氖气仍将保持绝缘体的状态，因此它将拒绝与周围的氢相互作用。因此，贡恰罗夫的团队认为，土星的氖气雨可能会在行星核心周围汇集成一个保护性的海洋，阻止核心物质与周围的氢气相互作用并溶解。
另一方面，在木星核心的温度下，贡恰罗夫的团队观察到氖气将经历从绝缘体到导体的转变。鉴于它更愿意与周围的物质相互作用，木星核心中的氖气不会像在土星中那样将其自身隔离成一个保护层。相反，氢气壳将逐渐侵蚀构成木星核心的物质。当木星中心的致密物质溶解到周围的氢气中时，它会漂浮到行星表面并冷却。在氖气屏蔽层的保护下，即使该屏蔽层非常薄，土星的核心也会保持更长时间的炙热。
“作者的观点绝对非常有趣，因为它为土星的内部模型开辟了新的可能性，”法国蔚蓝海岸天文台的天体物理学家特里斯坦·吉洛说，他没有参与这项研究。“此外，他们使用的技术，即对预压缩材料进行激光冲击，对于更好地理解行星内部条件下物质的行为非常有前景。我期待着在这方面进一步的工作。”
加州大学圣克鲁兹分校的物理学家纳丁·内特尔曼也没有参与这项研究，她对氖气屏蔽层模型提出了警告。“这是一个有趣的想法，但更具推测性，”她说，“因为氖气的混合行为可能也取决于压力。” 根据内特尔曼的说法，贡恰罗夫的团队在实验中探测的压力远低于土星和木星核心边缘的压力。
根据吉洛的说法，考虑到卡西尼探测器的观测数据，氖气屏蔽层模型是可以进行测试的。我们可能很快就会得到关于土星如何如此嫉妒地守护其热量的明确答案。