Если обратиться к учебнику, – а с этого следует начинать в любом случае, – можно узнать, что ядро Солнца (зона, в которой протекают термоядерные реакции) состоит из твёрдого – «чёрного» или «металлического» – водорода. Данная формулировка приводит в берсерк астрофизиков, изредка (но прецеденты были) канал посещающих. Ибо в ядре Солнца – плазма! Но речь сейчас не о дефинициях, а о механических свойствах вещества. Ниже станет понятно, почему важны именно они, а не степень ионизации.
И, кстати, о механических свойствах. Если бы металлический водород мог существовать при нормальном давлении, исследователи увидели эталонный материал волшебных (или фантастических) артефактов. Брусок вещества в несколько раз более плотного, чем золото, – и сверхтвёрдого. Настолько твёрдого, что доступные человеку средства не позволили бы деформировать или оцарапать его. Плюс совершенно не проводящего тепло и абсолютно чёрного. Поглощающего почти все длины волн электромагнитного излучения.
...О чём речь? Пока о том, что металлический водород – твёрдый. Причём, встречается он не только в недрах звёзд, но и в недрах газовых гигантов. Из учебника можно узнать, что слой металлического водорода окружает состоящие их металла и силикатов ядро Юпитера.
Тут можно задать вопрос, – а учебник-то откуда об этом знает? Из моделей. Возрастание давление и температуры с глубиной вполне поддаётся расчёту. Изменение же физических свойств веществ – при заданных давлении и температуре, даже если они очень велики, – проверяемо в лабораторных условиях.
Но можно задать и другой вопрос. Куда более интересный. А что будет, если бросить на Юпитер гирю? Пробив атмосферу, она утонет в сверхкритической жидкости, – и там, конечно, растворится, когда раскалённый водород проникнет в железо. Но сам металл будет тонуть, пока не достигнет слоя металлического водорода. Глубже, – к каменному ядру, – он погрузиться не сможет.
А как же тогда сформировалось ядро, если чёрный водород исключает дифференциацию недр?
И если не исключает, то почему учёные отказывают в праве на ядра звёздам?
Это – хорошие, правильные вопросы. Особенно учитывая, что по вопросу наличия каменных ядер у одних тел и отсутствия оных у других ситуация перестала казаться науке однозначной.
Но начать нужно сначала. С механизма формирования звезды. При коллапсе газопылевого облака к центру устремятся газ и пыль, причём относительно тяжёлая пыль, – по понятным причинам, – в первую очередь. Однако и переход гравитационной (до возникновения условия для термоядерного синтеза) энергии в тепловую также складывают в центре – в эпицентре – формирования звезды. Нагретое же вещество расширяется и рвётся наружу. Противонаправленные процессы приводят к конвекции – перемешиванию – материала, благодаря которой элементы в массе звезды остаются распределёнными равномерно. Дифференциации не происходит. Когда же давление приводит к переходу водорода в металлическую фазу конвекция прекращается, но ситуация уже не может измениться. И в условно твёрдой сердцевине звезды и в её условно жидкой «мантии» тяжёлые ядра рассеяны среди лёгких.
Если продолжать мысленный эксперимент, уменьшая массу, можно увидеть, что в какой-то момент ядро образовываться перестаёт. Недра легчайших звёзд – красных карликов – полностью конвективны. Давление недостаточно для перехода водорода в металлическую фазу… но недостаточно оно только в условиях огромной температуры зоны протекания термоядерных реакций. При продолжении снижения массы – в область бурых карликов и далее к планемо (синтез не запускается), – температура падает и водородное ядро формируется снова.
...Но планемо – это лишь звёзды планетарной (менее 13 «юпитеров») массы. Планеты – это другое. Механизм их формирования иной.
Планета, – так всегда считалось, – формируется из одного из колец, на которые распадается остаточный, окружающий молодую звезды газопылевой диск. И давление, – организованного тяготения к одному центру, – в кольце изначально нет. Сбор материала происходит последовательно. Сначала твёрдые частицы слипаются в планетезимали, потом образуются планетоиды, – из них планета, – и уже на этот ком из металлов и силикатов налипают газы. Если ком велик, то, – как в случае Юпитера, – захвачен будет и водород.
Конвекция внутри формирующейся планеты затруднена самим фактом наличия холодного ядра. Температура же внешних слоёв, напротив, первое время очень велика. Таким образом, дифференциация недр происходит до образования слоя металлического водорода.
То есть, у планеты каменное ядро всегда есть.
...Так всё представлялось до относительно недавнего времени. Ибо с одной стороны гипотеза «поэтапного» формирования планет была проверена наблюдениями рождения газовых гигантов и подтвердилась. Но с другой… Помимо планет и планемо открыты были и планетары. Объекты звездной массы, формирующиеся на орбитах более крупных звёзд из диска – по планетарному механизму. А в таком случае получается, что при небольшой массе (бурый или мелкий красный карлик) звезда может иметь силикатное ядро… Оно появится до включения термоядерного механизма.
С третьей же стороны появились наблюдательные данные, свидетельствующие в пользу того, что у некоторых газовых гигантов – речь о Сатурне – каменного ядра может и не быть. Допускается, что при небольшой толщине оболочки из металлического водорода (препятствующей отводу тепла) она может не выдержать поток энергии из ядра. В таком случае, недра планеты – под оболочками из газа и сверхкритической жидкости – также станут полностью конвективными.
