气态行星的金属氢怎么形成的?科学家成功把液态氢压缩成闪亮金属

旋涡状的高密度金属氢在木星,土星和许多太阳系外行星的内部占主导地位。建立这些巨行星的精确模型需要准确描述氢加压后向这种金属物质转化的过程 – 这是一项长期的科学挑战。

由劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家领导的一个研究小组今天在《科学》杂志上发表了一篇论文,介绍了流体氢从绝缘体到金属转变的光学测量成果,该实验解决了先前实验中存在的差异问题,建立了用于构建行星模型的计算新基准。由多机构组成的团队中,包括法国替代能源和原子能委员会(CEA),爱丁堡大学,罗切斯特大学,华盛顿卡内基研究所,www.803398.com,加州大学伯克利分校和乔治华盛顿大学的研究人员。

几十年的研究表明,高温加上高压会逐渐将高密度的液态氢转化为导电流体。令人惊讶的是,计算机模拟表明,低于2,000开尔文(K)增加压力可以引发绝缘体到金属的突然转变。需要多少压力目前还无法确定,因为各种理论模型和数值技术实验提供了大不相同的预测。

LLNL的物理学家彼得·西利尔斯说:“我们面临的挑战是设计一个实验,可以将流体氢气样品动态地压缩到几百万个大气压,并且轻柔地操作(无强烈冲击)可以让它保持冷却,或者低于2,000开尔文,来检验哪个理论模型是对的“。因此他们进行了一系列实验,鉴别在什么样的压力-空间条件会发生金属化转化,通过实验数据来发现金属化转变的清晰特征。而他们进行的实验结果非常成功,清楚地表明哪些模型是正确的,哪些模型是错误的,哪些模型是接近的。选择正确的模型对于试图预测木星和土星内部结构的行星科学家来说非常重要"。

此外了解氢气在压力下的行为也是美国国家核安全管理局(NNSA)在惯性约束聚变方面的重要关注点。在极端温度,压力和密度方面的研究也有助于国家核安全局的库存管理计划,该计划有助于确保当前和未来的核储存安全可靠。

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