氣態？液態？金屬態氫可能存在嗎？

2023-03-31 09:45:37

金屬氫實際上可能存在。事實上，木星和其他類似氣體巨行星的固體核心被認為主要由它組成。

很難回答現有技術是否能用於在地球上生產金屬氫，因為這取決於你對金屬氫的定義。氫通常以雙原子分子的形式存在於大氣中(即H2，也稱為分子氫)。當氫分子被壓縮時，它將變成固體，同時保持雙原子結構，然後變成金屬態，即金屬氫分子。進一步加壓會將氫分子分裂成金屬氫原子(氫原子代替H2原子)。由於獲得氫比H2需要更大的壓力，製造的可行性和成功評估等問題通常都是針對氫原子的。

插圖:2014年哈勃望遠鏡的WFC3相機拍攝的木星真彩色圖像可以清晰地看到木星南半球的大紅斑。

在地球上，可以通過兩種方式實現極高的壓力，一種是通過衝擊波，也就是說，用實驗室裡的東西撞擊目標，或者用強雷射撞擊目標；一種是通過鑽石砧，這是一種在兩顆鑽石之間壓縮物質的裝置。以下是一些結果:

在衝擊波實驗中，在氘分子(含額外中子的氫)中檢測到金屬性質。2011年

插圖:這個模型部分展示了木星內部的結構，液態金屬氫覆蓋了內部深處的巖石核心。

我想說的最後一點是，我想消除一種觀點，即物質狀態在某種程度上是「不那麼實際或有效的」，因為它是在極端條件下實現的。除了一些物理場(粒子物理學、宇宙學等)之外。)僅在極端條件下運行(實驗)，在固態物理中，高壓是我們擁有的「最乾淨」的調諧參數之一，它可以以有意義的方式深刻地改變材料的性質。從高壓實驗中獲得的見解對我們理解任何和所有晶體固體都非常有價值。

金屬氫是氫的一種狀態，在這種狀態下，它的行為像電導體。1935年，尤金·維格納和席哈克德·貝爾·亨廷頓根據理論預測了這種狀態。

在高壓和高溫下，金屬氫可以以液體而不是固體的形式存在。研究人員認為它可能大量存在於木星、土星和一些外行星內部，在那裡它需要被高溫和重力壓縮。

說明:氣態巨行星如木星和土星可能含有大量金屬氫(灰色部分)和金屬氦。

木星的結構圖顯示了行星內部的模型。巖石核心被液態金屬氫的深層覆蓋(以洋紅色顯示)，外層主要是分子氫，但是木星的真正內部結構仍然不確定。例如，由於熱液態金屬氫與熔化的核心混合的對流，核心可能已經收縮，並將其內容物帶到地球內部的更高位置。此外，氫層之間沒有明顯的物理邊界——隨著深度的增加，氣體的溫度和密度穩步上升，最終變成液體。除了極光和伽利略衛星軌道，其他特徵都按比例顯示。

相關知識

人們認為木星有一個由混合元素組成的緻密核心，周圍有一層液態金屬氫，其中含有少量氦，主要是氫。除了這個基本輪廓，還有很多不確定的部分。巖心通常被描述為巖石，但其詳細成分未知，而且該深度的溫度、壓力和材料性質也不清楚。1997年，有人建議用重力方法來測量是否有地核，這表明地核大約有12至45個地球質量，約佔木星總質量的4至14%。行星模型認為，在行星形成的歷史上，木星至少有一段時間擁有足夠大的巖石或冰核，可以從原始的太陽星雲中收集到足夠多的氫和氦。假設它確實存在，它可能會因為現有的熱液態金屬氫與地幔混合併在行星內部的上層融化而收縮。地核現在可能會完全消失，但是由於重力測量仍然不夠精確，這種可能性不能完全排除。

作者:quora

風雲:小步

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