科學(xué)家終于揭開液態(tài)金屬氫的神秘面紗
木星上存在著大量的金屬氫。(NASA)
金屬氫是地球上最稀有的材料之一，但卻在太陽系中大量存在。超過80%的行星，包括木星、土星甚至于數(shù)百顆太陽系外行星，都是由這種奇特的物質(zhì)構(gòu)成的。
因此，美國羅切斯特大學(xué)激光能量學(xué)實(shí)驗(yàn)室（Laboratory for Laser Energetics）的科學(xué)家們對(duì)金屬氫產(chǎn)生了濃厚的興趣。他們研究行星的生成和演化過程，包括我們太陽系內(nèi)及系外行星如何形成磁屏蔽。
實(shí)驗(yàn)室助理研究員Mohamed Zaghoo表示，木星上存在著大量的金屬氫，同時(shí)也擁有太陽系中最為強(qiáng)大的磁屏蔽，這是木星最大的奧秘之一。
Zaghoo和機(jī)械工程學(xué)及物理學(xué)教授、高能量密度物理項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Gilbert Collins共同對(duì)木星內(nèi)核周圍的金屬氫的特性、包括電導(dǎo)率進(jìn)行了探索，進(jìn)一步揭示了電磁效應(yīng)的奧秘，這是一種在行星上形成磁屏蔽的機(jī)制。該研究結(jié)果發(fā)表在《天體物理期刊》（Astrophysical Journal）上。
在極端條件下生成金屬氫
在極端壓力和溫度下，每種元素的狀態(tài)都不一樣。比如，水加熱后會(huì)產(chǎn)生水蒸氣，冰凍后會(huì)形成固態(tài)冰。氫通常是一種氣體，但在高溫高壓下卻以液態(tài)金屬的形式存在，其性質(zhì)就像電導(dǎo)體。在類似木星的行星內(nèi)，就存在這種高溫高壓條件。
科學(xué)家們已經(jīng)對(duì)金屬氫進(jìn)行了數(shù)十年的理論研究，但因其生成條件的極端性，在地球上僅有幾個(gè)地方能將其制造出來，羅切斯特大學(xué)激光能量學(xué)實(shí)驗(yàn)室就是其中一處。
在這里，研究團(tuán)隊(duì)使用強(qiáng)大的OMEGA激光器向氫氣囊上發(fā)射脈沖。激光撞擊樣本，形成高壓高溫條件，使緊密結(jié)合的氫原子斷裂，氫氣從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚W亮的液態(tài)，就像汞元素一樣。
電磁效應(yīng)
通過研究金屬氫的電導(dǎo)率，Zaghoo和Collins建立了更準(zhǔn)確的電磁效應(yīng)模型。像木星這樣的氣體巨星具有非常強(qiáng)大的電磁效應(yīng)，該機(jī)制也同樣存在于地球深處的外核中。這種電磁效應(yīng)創(chuàng)造了地球磁場，保護(hù)人類免受有害太陽粒子的影響，使地球適合我們居住。
科學(xué)家能繪制出地球的磁場圖，但由于地球有磁性地殼，衛(wèi)星看不到地球深處的電磁活動(dòng)。而木星沒有地殼屏障，這使得衛(wèi)星較容易觀察到其深部結(jié)構(gòu)，如當(dāng)前環(huán)繞木星運(yùn)行的美國國家航空航天局（NASA）的Juno太空探測器。
Collins表示：“能夠描述液體金屬氫這種最有趣的物質(zhì)狀態(tài)之一，并在實(shí)驗(yàn)室中利用這些知識(shí)來解釋太空探測器獲得的衛(wèi)星資料，然后將其全部應(yīng)用于太陽系外行星，這很令人振奮。”
Zaghoo和Collins將研究重點(diǎn)放在金屬氫與電磁效應(yīng)開始之間的關(guān)系上，包括木星電磁效應(yīng)形成的深度。他們發(fā)現(xiàn)，與地球的電磁效應(yīng)相比，像木星這樣的氣體巨星的電磁效應(yīng)可能更接近地表，因?yàn)槟抢锏慕饘贇渥罹邆鲗?dǎo)性。將這些與Juno的資料相結(jié)合并應(yīng)用到模型中，就能更全面地了解星體的電磁效應(yīng)。
這也有助于科學(xué)家們深入探索系外行星的磁屏蔽，并判斷其它行星上生命存在的可能性。Zaghoo表示，科學(xué)界認(rèn)為，電磁理論和磁屏蔽是星球可居住性的關(guān)鍵條件，有磁屏蔽的行星能夠更好地維持大氣層，因而也更適合生命生存。我們每年都能發(fā)現(xiàn)數(shù)百顆系外行星，其中很多類似木星和土星。雖說無法前往，但用我們所了解到的太陽系巨星的知識(shí)來建立模型，就能大致推測那些系外行星的狀態(tài)。◇＃
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