行星为何能产生磁场？科学家创造金属氢揭开奥秘学术资讯

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▲美国罗切斯特大学激光能量学实验室的研究人员在实验室中创造了金属氢来研究木星的磁场。

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▲木星最大的谜团之一是它如何产生强大的磁场，这是太阳系中最强的磁场。木星磁场的关键可能在于了解环绕着木星核心的金属氢的性质——包括其导电性。

金属氢是地球上最稀有的物质之一，但超过80%的行星——包括木星、土星和数百颗太阳系外行星——都是由这种奇异的物质组成的。

金属氢在地球上很罕见，但它在太阳系中含量丰富，这让美国罗彻斯特大学激光能量学实验室（以下简称LLE）一群研究行星形成和演化以及太阳系内外行星如何形成磁场屏障的研究人员对金属氢异常关注。

“金属氢是我们的行星系统中最丰富的物质形式。遗憾的是，地球上几乎没有，但在木星上，有大量的金属氢。我们想知道这些物质是如何形成木星上巨大的磁场的。” LLE的助理研究员Mohamed Zaghoo说。他与罗切斯特高能密度物理项目的主任Gilbert “Rip” Collins研究了金属氢的电导率，进一步揭示了发电机效应——在包括地球在内的行星上产生磁场的机制——的奥秘，并于近日在《天体物理学杂志》上发表了这一发现。

尽管科学家们几十年来一直在理论化金属氢的存在，但在地球上几乎不可能产生金属氢。LLE研究人员使用强大的OMEGA激光向一个氢胶囊发射脉冲，激光撞击样品，形成高压高温状态，使紧密结合的氢原子断裂。这时，氢从气态变成了闪亮的液态，就像汞元素一样。

通过研究金属氢的电导率，Zaghoo和Collins建立了一个更精确的发电机效应模型——在这个过程中，传导流体的动能转化为磁场能量。

像木星这样的气态巨行星内部有一个非常强大的“发电机”，它的作用机制同样存在于地球内部深处。这台“发电机”产生了自己的磁场，屏蔽了有害的太阳粒子，使地球适宜居住。研究人员可以绘制出地球磁场的分布图，但由于地球有地磁外壳，卫星无法看到地球内部深处。而木星没有地壳屏障，这使得卫星——比如目前在木星轨道上运行的美国宇航局的朱诺太空探测器——更容易观察到木星的深层结构。

Zaghoo和Collins的研究重点是金属氢与发电机效应的关系，包括木星“发电机”的深度。他们发现，像木星这样的气态巨星的“发电机”可能比地球的更靠近地表。“朱诺号的一部分任务是试图了解木星的磁场。”Zaghoo说：“朱诺数据的一个关键补充是氢在地球内部不同深度处的导电能力。我们需要把这些纳入到我们的模型中，以便更好地预测当前行星的组成和演化。”

更好地了解我们太阳系的行星，也能更深入地了解太阳系外行星的磁屏蔽——这可能有助于确定其他行星上生命的可能性。长期以来，研究人员一直认为拥有磁场的行星能够更好地维持气体大气，因此更有可能孕育生命，Zaghoo说。

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编译：Coke 审稿：三水责编：程建兰

来源：

https://scitechdaily.com/scientists-create-metallic-hydrogen-to-unravel-the-mysteries-of-the-dynamo-effect/