Неразмешанный коктейль: почему двойная диффузия бессильна в недрах планет-гигантов
Original: "Self-Consistent Evolution Models Show Weak Double-Diffusive Mixing in Jupiter and Saturn"
Моделирование длиной в 4,56 миллиарда лет показывает: двойная диффузионная конвекция переносит лишь доли земной массы — и не способна размыть ядра Юпитера и Сатурна.
Связи в графе знаний 1
Океанографы давно знают: тёплые и солёные слои воды образуют ступеньки, не смешиваясь. Внутри Юпитера те же законы могли бы размыть ядро — но не смогли. Двойная диффузия, ленивый бармен планетных недр, потратила бы почти всю энергию планеты на то, чтобы поднять лишь пару земных масс. А значит, перемешивание задано рождением, и будущие наблюдения экзопланет увидят древние слои.
🎯 Идея двойной диффузионной «лестницы» пришла из океанографии: там ступенчатые профили температуры и солёности наблюдаются в морях и океанах. В недрах Юпитера такие слои, если бы они существовали, могли бы простираться на сотни километров. Однако энергия на их поддержание была бы чудовищно велика — и именно это их и убивает.
R_{\rho} = \frac{\alpha_\mu}{\alpha_T} \frac{\nabla_\mu}{\nabla - \nabla_{\rm ad}}
При 1 < Rρ < ~10 могут формироваться конвективные слои; чем выше Rρ, тем сильнее стабилизация состава.
\frac{E_{\rm mix}}{\rho_0 c_P \Delta T H} \sim \frac{H}{H_T}
В сжимаемой среде толщина слоя H сравнима с тепловым масштабом H_T, и на перемешивание тратится почти вся доступная тепловая энергия.