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土星内核居然有冰是的你没看错甚至还有金属

来源:水星 时间:2022/12/17

史诗般夸张的土星结构

土星(英文:Saturn,拉丁文:Saturnus,符号:),是太阳系八大行星之一,到太阳的距离排在太阳系第六位。就在木星的外面,古代中国土星是中国古代人根据五行学说结合肉眼观测到的土星的颜色(黄色)来命名的,亦称之为镇星。土星的英文名称Saturn来自于罗马神话中的农业之神萨图恩。已经确认的土星的卫星有82颗,是八大行星中最多。其中,土卫六是土星系统中最大和太阳系中第二大的卫星,仅次于木卫三,比行星中的水星还要大,并且土卫六是太阳系仅有的拥有明显大气层的卫星。土星自转一周等于10小时33分38秒,大约是地球的半天时长。

土星被划分为气态巨行星,主要由氢组成,还有少量的氦与少量元素,但它并不完全是气态的。土星的内部结构目前认为核心包括致密的岩石和冰,外围由数层不同状态的金属氢和气体氢包覆着。从行星内部直到的核心的温度,压力和密度全都是稳步上升,使在行星的更深层导致氢气转变成金属。

当看到这里说土星内核是岩石和冰时,你心中会否生出一万只神兽?金属氢就已经够挑战认知了,怎么会有冰呢?说到冰,给人们的印象是什么?水放到冷冻室第二天拿出来的白色固体?冷冰冰,放手心就融化,掉地上就碎,金拱门,老爷爷卖冰可乐的赚钱秘诀?你们说的都对!可能也都不对。此冰非彼冰,这里说的冰是水在极高温度和极大压力下形成的超级固体,类似地球上的超级冰,在地球上目前实验室中可以制造出来的融化点最高的冰,融化温度是摄氏度,而这些所谓的冰是在土星形成过程中不断吸收彗星残骸和星际水冰物质后被困在内核中的水。土星环就是吸剩下的冰渣渣和土渣渣。所以土星内核中的冰就是这种高温高压下的水形成的超级固体。

科学家为土星内部再建模

新的约翰·霍普金斯大学的模拟为土星内部结构提出了更新的观点,这表明厚厚的氦雨会影响这颗行星的磁场。这些模型于本周在AGUAdvances上发表,也表明土星的内部可能在赤道区域具有较高的温度,而在氦雨层顶部的高纬度地区则具有较低的温度。

土星有非常热的内部,核心的温度可能高达°C,并且辐射至太空中的能量是它接受来自太阳的能量的2.5倍。大部分能量是由缓慢的重力压缩(克赫历程)产生,但这还不能充分解释土星的热能制造过程。额外的热能可能由另一种机制产生:在土星内部深处,液态氦的液滴如雨般穿过较轻的氢,在此过程中不断地通过摩擦而产生热。

通过将卡西尼号任务收集的数据输入到类似于研究天气和气候的强大计算机模拟中,Yan和Stanley探索和解释了土星的磁场结构。透过对磁场的研究我们对土星深达20,公里的深处内部进行了X射线一样的透视分析。我们对这颗神奇的行星有了新的认识。

虽然只有少量的直接资料,但土星的内部结构仍被认为与木星相似,即有一个被氢和氦包围着的较小的固体核心(岩石和上文说的那种冰)。岩石核心的构成与地球相似甚至有可能有一个金属铁的微小内核,但密度更高,估计核心的质量大约是地球质量的9–22倍。在核心之外,有更厚的液态金属氢层,然后是数层的液态氢和氦层,在最外层是厚达1千米的大气层,其中也存在着各种型态冰的踪迹。

土星外围的大气层包括96.3%的氢和3.25%的氦,可以侦测到的气体还有氨、乙炔、乙烷、磷化氢和甲烷。上层的云由氨的冰晶组成,较低层的云则由硫化氢铵(NHHS)或水组成。

金属氢

氢是人们最熟悉的化学元素。它在常温下是一种气体,在低温下可以成为液体,在温度降到零下℃时即为固体。如果对固态氢施加几百万个大气压的高压,就可能成为金属氢。金属氢的出现是当代超高压技术创造的一项奇迹,它是高压物理研究领域中一项十分活跃的课题。

激光+钻石造金属氢

从20世纪40年代开始,美、英等国就投入了大量的人力、物力研制金属氢。世界上的高压实验室已达多个。我国已研制成功了能产生万大气压的压力机。我国研制成功了“分离球体式多级多活塞组合装置”能产生万个大气压。中国等几个国家宣布已在实验室内研制成功了金属氢,这是人类向金属氢迈出了可喜的一步。而要使金属氢大规模投入工业生产,还有相当大的困难。

金属氢内储藏着巨大的能量,比普通TNT炸药威力大30─40倍。年1月26日,《科学》杂志报道哈佛大学实验室成功制造出金属氢。但是到了年2月22日,由于一系列骚操作,这块地球上唯一的金属氢样本最终消失了。

用两颗钻石怼出来的金属氢

梵观点:除了大力,高压也可以出奇迹。

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