科学家终于揭开液态金属氢的神秘面纱

金属氢是地球上最稀有的材料之一，但却在太阳系中大量存在。超过80%的行星，包括木星、土星甚至于数百颗太阳系外行星，都是由这种奇特的物质构成的。

因此，美国罗切斯特大学激光能量学实验室（Laboratory for Laser Energetics）的科学家们对金属氢产生了浓厚的兴趣。他们研究行星的生成和演化过程，包括我们太阳系内及系外行星如何形成磁屏蔽。

实验室助理研究员Mohamed Zaghoo表示，木星上存在着大量的金属氢，同时也拥有太阳系中最为强大的磁屏蔽，这是木星最大的奥秘之一。

Zaghoo和机械工程学及物理学教授、高能量密度物理项目负责人Gilbert Collins共同对木星内核周围的金属氢的特性、包括电导率进行了探索，进一步揭示了电磁效应的奥秘，这是一种在行星上形成磁屏蔽的机制。该研究结果发表在《天体物理期刊》（Astrophysical Journal）上。

在极端条件下生成金属氢

在极端压力和温度下，每种元素的状态都不一样。比如，水加热后会产生水蒸气，冰冻后会形成固态冰。氢通常是一种气体，但在高温高压下却以液态金属的形式存在，其性质就像电导体。在类似木星的行星内，就存在这种高温高压条件。

科学家们已经对金属氢进行了数十年的理论研究，但因其生成条件的极端性，在地球上仅有几个地方能将其制造出来，罗切斯特大学激光能量学实验室就是其中一处。

在这里，研究团队使用强大的OMEGA激光器向氢气囊上发射脉冲。激光撞击样本，形成高压高温条件，使紧密结合的氢原子断裂，氢气从气态转变为闪亮的液态，就像汞元素一样。

电磁效应

通过研究金属氢的电导率，Zaghoo和Collins建立了更准确的电磁效应模型。像木星这样的气体巨星具有非常强大的电磁效应，该机制也同样存在于地球深处的外核中。这种电磁效应创造了地球磁场，保护人类免受有害太阳粒子的影响，使地球适合我们居住。

科学家能绘制出地球的磁场图，但由于地球有磁性地壳，卫星看不到地球深处的电磁活动。而木星没有地壳屏障，这使得卫星较容易观察到其深部结构，如当前环绕木星运行的美国国家航空航天局（NASA）的Juno太空探测器。

Collins表示：“能够描述液体金属氢这种最有趣的物质状态之一，并在实验室中利用这些知识来解释太空探测器获得的卫星资料，然后将其全部应用于太阳系外行星，这很令人振奋。”

Zaghoo和Collins将研究重点放在金属氢与电磁效应开始之间的关系上，包括木星电磁效应形成的深度。他们发现，与地球的电磁效应相比，像木星这样的气体巨星的电磁效应可能更接近地表，因为那里的金属氢最具传导性。将这些与Juno的资料相结合并应用到模型中，就能更全面地了解星体的电磁效应。

这也有助于科学家们深入探索系外行星的磁屏蔽，并判断其它行星上生命存在的可能性。Zaghoo表示，科学界认为，电磁理论和磁屏蔽是星球可居住性的关键条件，有磁屏蔽的行星能够更好地维持大气层，因而也更适合生命生存。我们每年都能发现数百颗系外行星，其中很多类似木星和土星。虽说无法前往，但用我们所了解到的太阳系巨星的知识来建立模型，就能大致推测那些系外行星的状态。