Раскрыта загадка металлического водорода в центре Юпитера

9 Сентября 2020

МОСКВА, 9 сентября - Американские и швейцарские ученые построили первую модель процессов, происходящих внутри Юпитера, которая позволила описать все этапы перехода водорода в металлическое состояние. Результаты исследования поданным в журнале Nature.

Водород — пожалуй самый простой, состоящий из одного протона и одного электрона, и самый распространенный элемент во Вселенной. Это главный частей планет-гигантов, таких как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

На поверхности этих планет гидроген остается молекулярным газом, однако в центре — находится в металлическом состоянии и ведет себя как проводник. На это указывают расчеты и результаты наблюдений. Но до сих пор построить физико-химическую модель фазового перехода газообразного водорода в металл не получалось — не хватало вычислительных мощностей.

Ученым из Кембриджского университета, Исследовательского центра компании IBM в Цюрихе и Федеральной политехнической подготовленности Лозанны (EPFL) это удалось, благодаря объединению средств машинного обучения, квантовой машинисты и современных методов статистической обработки.

Существование металлического водорода было теоретически узнанного столетие назад, но мы не знали, как проводится этот процесс, из-за немыслимости воссоздать его в лаборатории и огромной сложности прогнозирования поведения более значительных водородных систем, — доводятся в пресс-релизе Кембриджского университета словца ведущего автора исследования, фельдшера Бинцин Чена (Bingqing Cheng) из лаборатории Кавендиша.

В качестве основы для модели были взяты точные расчеты для небольшого огнища электронной структуры плотного водорода, а система машинного обучения раструбила их на огромный диапазон температур — от 100 до 4000 кельвинов, и давлений — от 25 до 400 гигапаскалей.

В итоге, моделирование, которое выполнялось на компьютерах EPFL, заняло всего несколько недель по сравнению с сотнями миллионов лет процессорного времени, которые понадобились бы в случае запуска обыкновенных симуляций для решения квантово-механических забот.

Результаты моделирования показали, что фазовое состояние водорода в условиях крайнего давления меняется плавно и достаточного, а не резко, как полагается при переходе первого рода, который сопровождается одномоментным изменением всех физических свойств. Классический пример фазового перехода первого рода — кипение жидкой имы: как только жидкость делается паром, ее внешний вид и поведение полностью меняются, несмотря на то, что температура и давление остаются бывшими.

Поскольку этот переход у водорода плавный, трудно определить конкретные опасные точки переходов. Ученые продолжают такие состояния системами со невидимой критической точкой. Водород видоизменится постепенно и непрерывно между моляльной и атомарной фазами, перерастаю из газообразного состояния сначала в газово-жидкий флюид, потом — в изоляционную жидкость, а уже затем — в провождущий жидкий металл.

Открытие теоретически обосновывает сматриваемый плавный переход между изоляционным и проводящими слоями в гигантских газоплазменных планетах, а также популярно объясняет противоречивость результатов многих экспериментов с плотным водородом.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Раскрыта загадка металлического водорода в центре Юпитера

комментарии (0)

Другие интересные новости

В Лувре изучат возможность выставить "Джоконду" в отдельном зале