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气态?液态?金属态氢可能存在吗?

时间:2020-05-04 12:40:19 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

金属氢实际上可能存在。事实上,木星和其他类似气体巨行星的固体核心被认为主要由它组成。

很难回答现有技术是否能用于在地球上生产金属氢,因为这取决于你对金属氢的定义。氢通常以双原子分子的形式存在于大气中(即H2,也称为分子氢)。当氢分子被压缩时,它将变成固体,同时保持双原子结构,然后变成金属态,即金属氢分子。进一步加压会将氢分子分裂成金属氢原子(氢原子代替H2原子)。由于获得氢比H2需要更大的压力,制造的可行性和成功评估等问题通常都是针对氢原子的。

插图:2014年哈勃望远镜的WFC3相机拍摄的木星真彩色图像可以清晰地看到木星南半球的大红斑。

在地球上,可以通过两种方式实现极高的压力,一种是通过冲击波,也就是说,用实验室里的东西撞击目标,或者用强激光撞击目标;一种是通过钻石砧,这是一种在两颗钻石之间压缩物质的装置。以下是一些结果:

在冲击波实验中,在氘分子(含额外中子的氢)中检测到金属性质。2011年

插图:这个模型部分展示了木星内部的结构,液态金属氢覆盖了内部深处的岩石核心。

我想说的最后一点是,我想消除一种观点,即物质状态在某种程度上是“不那么实际或有效的”,因为它是在极端条件下实现的。除了一些物理场(粒子物理学、宇宙学等)之外。)仅在极端条件下运行(实验),在固态物理中,高压是我们拥有的“最干净”的调谐参数之一,它可以以有意义的方式深刻地改变材料的性质。从高压实验中获得的见解对我们理解任何和所有晶体固体都非常有价值。

金属氢是氢的一种状态,在这种状态下,它的行为像电导体。1935年,尤金·维格纳和希拉克德·贝尔·亨廷顿根据理论预测了这种状态。

在高压和高温下,金属氢可以以液体而不是固体的形式存在。研究人员认为它可能大量存在于木星、土星和一些外行星内部,在那里它需要被高温和重力压缩。

说明:气态巨行星如木星和土星可能含有大量金属氢(灰色部分)和金属氦。

木星的结构图显示了行星内部的模型。岩石核心被液态金属氢的深层覆盖(以洋红色显示),外层主要是分子氢,但是木星的真正内部结构仍然不确定。例如,由于热液态金属氢与熔化的核心混合的对流,核心可能已经收缩,并将其内容物带到地球内部的更高位置。此外,氢层之间没有明显的物理边界——随着深度的增加,气体的温度和密度稳步上升,最终变成液体。除了极光和伽利略卫星轨道,其他特征都按比例显示。

相关知识

人们认为木星有一个由混合元素组成的致密核心,周围有一层液态金属氢,其中含有少量氦,主要是氢。除了这个基本轮廓,还有很多不确定的部分。岩心通常被描述为岩石,但其详细成分未知,而且该深度的温度、压力和材料性质也不清楚。1997年,有人建议用重力方法来测量是否有地核,这表明地核大约有12至45个地球质量,约占木星总质量的4至14%。行星模型认为,在行星形成的历史上,木星至少有一段时间拥有足够大的岩石或冰核,可以从原始的太阳星云中收集到足够多的氢和氦。假设它确实存在,它可能会因为现有的热液态金属氢与地幔混合并在行星内部的上层融化而收缩。地核现在可能会完全消失,但是由于重力测量仍然不够精确,这种可能性不能完全排除。

作者:quora

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