掉入木星的人，最终将可能下沉到金属氢界面吗？看科普节目，木星内部有大量液态金属氢，氢可以是金属吗为什么_木星_金属_液态

本文目录

• 掉入木星的人，最终将可能下沉到金属氢界面吗
• 看科普节目，木星内部有大量液态金属氢，氢可以是金属吗为什么
• 木星表面五千公里之下是液态氢的海洋，里面会出现生命吗
• 木星引力金属氢可否用来制造金属工具
• “金属氢”终于被制造出来了吗
• 开个脑洞：把一艘核潜艇送入木星的液氢液氦海洋里能够航行起来吗

掉入木星的人，最终将可能下沉到金属氢界面吗

这当然是个脑洞题了，除了那些能够毁天灭地的修仙大神，一般人根本无法靠近木星，更不要说穿越其数千公里厚环境恶劣的大气层了。对于修仙者来讲，木星算起来，是个不错的渡劫升级的好地方。

假设题目中的是位形神不灭的修仙大神，对木星的引力，高温高压等物理攻击完全免疫的话，那么看看他进入木星会经历什么？

木星的大气层厚达三千公里，有着太阳系中最可怕的大气风暴，其中最典型的就是我们熟悉的大红斑，它存在了几百年，尺度大的可以装下几个地球。如果进入木星大气，对风的免疫力不够，一定会被狂暴的大气流动撕成碎片。

而且木星大气中，除了风暴更可怕就是闪电频发，特别是木星的两极区域，绝对是渡劫升天的好去处。那里能量超过地球上闪电的万倍，一旦击中，要么进化升级，要么形神俱灭。

如果度过这些大气的恐怖风暴和雷电攻击，修仙者就进入到木星大气的深处，这里巨大的压强早已经把氢压成液态，甚至有了金属特性。修仙路上漫漫，有劫难还要有享受，在液态氢这里就可以好好的泡个澡，来杯几十亿年的液态氢。好吧，我编不下去了，你们接着来。

看科普节目，木星内部有大量液态金属氢，氢可以是金属吗为什么

氢当然可以金属形态存在，只不过让我们印象中的气态氢变成金属氢，所需要的环境不一样罢了。这有点类似水在不同的温度和压力下也有固、液、气常见的三种形态。

对于金属的定义，一般是以我们的感官来判断的，比如说要具有光泽，有延展性，具有良好的导电性导热性等这些物理性质。但这样来区分金属与非金属有些不太精确，在一定的环境温度和压力时，一些金属也会变成绝缘体，一些绝缘体也变成导体。比如钢铁在极低的温度下，光泽就消失了，变的非常脆，也失去了导电性。

所以，对于金属还是从微观的角度去看，一般来说，某一元素（单质）的原子间是通过金属键链接的就可以看做是金属，因为原子间只要有足够的能量（电离能），原子就能失去电子，特别是最外层的电子，形成自由电子。你可以想象成所有的金属阳离子是浸泡在一片电子海洋中，而我们看到的很多金属性质，都是和这些电子和金属键有关的，比如，金属具有金属光泽是因为那些自由电子在吸收了可见光后，自己“留下”一部分能量，再把大都不同波长的光子发射回来，这就是金属光泽。而金属的延展性是金属键并没有把金属原子固定住，原子之间可以进行相对滑动而不会破坏整个金属结构。其实，在天体物理学家眼中，所有元素都可以看做为金属，包括氢，因为如果给氢原子施加足够大的压力，氢原子上的那个电子就能克服其原子核的吸引力而跑到相邻的原子上了，这就让电子有了“流动性”，氢也就具有了导电性——于是科学家称之为金属氢。

氢是宇宙中最丰富的元素，金属氢也不算稀有，但在地球上没有产生金属氢的条件，所以，直到1935年，科学家才预测到氢可以有着金属的性质。但是，由于当时的实验设备不够先进，所以尽管做了许多试验，仍然无法制造出金属氢。直到2016年10月，两个哈佛大学的物理学家宣称制造出了金属氢，但遭到了一些科学家的质疑，其中也有咱们的中科院，合肥研究所按其方法重复了实验，结果是没有得到金属氢。说句题外话，实验的可重复性是检验科学研究成果的一项重要指标。

下图是哈佛团队发布的金属氢照片：在2017年2月，哈佛大学这个金属氢团队宣布，“由于团队操作失误，制造出的那个金属氢样本消失了。”好吧，人家是不是真的造出来咱先不去管了，在2019年12月，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所极端环境量子物质中心团队宣布，在极端高温高压条件下成功获得了金属态氢和氘。此成果已发表在国际重要学术期刊《先进科学》。金属氢为什么这么吸引人，因为优点很多，金属氢是一种高密度高储能的材料，而且是一种常温超导体，如果能够工业化制备，将在电子，材料，能源等领域掀起革命性的变话。只不过现在距离这个目标还有很长距离要走，也许可控核聚变离我们更近一些。

金属氢虽然在地球上很难弄出来，但在宇宙中，特别是一些气体行星系统中还是普遍存在的，因为在那些巨大的气态行星内部有着足够高的压力与温度，特别是木星，作为太阳系行星的“老大”，如果你能进入到木星内部13000英里的深处，这里的压力达到了200万个大气压，温度超过6000K，这时这你就会发现周围的氢分子在高温高压下被迫靠近在一起，原子间的电子断裂，形成液态的金属氢。木星中心内部压力可以达到约350万～450万大气压，其岩石核心就是被一层厚厚的液态金属氢所包裹。

目前，天文学家已经证实木星内部存在着大量额金属氢，但这些金属氢对于人类来说是只能想想，如果想利用的话，估计人类的文明水准得再提高一级吧！

木星表面五千公里之下是液态氢的海洋，里面会出现生命吗

里面是液态金属氢包裹的内核。液态金属氢只有在40亿帕压强下存在。内核外围温度大约在30000°左右。敢问这种环境生命可能存在吗？首先撇开温度，压强不谈关键是怎么进去木星的大气比地球大气厚的多。

木星引力金属氢可否用来制造金属工具

不是所有的金属都适合用来制造金属工具。但如果能制造出金属氢，它将会有别的

比如钠钾镁这类碱金属或碱土金属，它们的化学性质都非常活泼。至于金属氢，目前依然只是一种猜测，还没有真正在实验室创造出来呢。氢元素是一种比较奇怪的元素，虽然通常在元素周期表上把它和碱金属（锂钠钾铷铯钫）排在同一列，但是它的化学性质不像碱金属，到更像氮气和氧气，两个氢原子组合在一起构成氢气。并且只有在极低的温度下，才会变成液态或固态，总之氢元素表面上看起来和碱金属没啥相似性。

什么是金属氢？它有什么用？

化学家们认为，在某种状态下，氢也可以像钠钾元素一样，呈现金属态，但这需要极高的压力，通常还伴随较高的温度，如大约两千摄氏度。此时氢元素会表现出其金属性，即可以导电。金属氢更可能以液态的形式存在，而不是固体形式存在，研究人员通常认为，那些巨型气态行星的内核处，就可能拥有大量液态金属氢。

图示：巨型气态行星内核深处的液态金属氢

图示：金属氢的存在可能解释这些气态行星为何存在强磁场，尤其是木星，它拥有太阳系中最强大的磁场。

从1935年从理论上推算出可能存在可以导电的氢（金属氢），到在实验室中制造出金属氢，花了很长时间，虽然一直以来不停地有实验室号称自己制造出了金属氢，但这些实验结果最终被证明难以重复，直到2018年，在可控核聚变的研究中，实验人员发现液态的氘（氢的同位素，比普通氢元素多了一个中子）受到激光冲击时，从绝缘态向金属态过渡。这篇论文发表在知名科学期刊《科学》上。

• 金属氢被认为很可能具有室温超导特性，这就是为什么我们对它如此感兴趣的原因之一，虽然保持氢的金属状态并不容易。

超导性是指电阻为零的一种特殊导电状态。许多金属在极低的温度下，会突然失去电阻。这是一种很有用的特性，因为没有电阻，电能就不会转变成热能被白白损耗，要知道每年发电厂产生的电，大约1/3被输电线路本身所损耗。另外，超导特性还意味着可以用强电流制造超强磁场时，不用担心烧毁仪器，因为没有电阻，电能就不能转变为热能。而强磁场有很多用处，比如医院里检验患者身体状态的的核磁共振成像技术中使用的仪器，就拥有一个超导线圈，这个超导线圈在通电后，可以产生强大的磁场。但它必须浸泡在液氦中才能起作用。

图示：浸泡在液氦中的超导线圈。氦气资源是有限的，使用液氦来得到超导特性，终将难以为继。高温超导研究，一直都是材料研究领域的大热门。

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“金属氢”终于被制造出来了吗

2017年初，哈佛大学研究人员在《科学》上发文称，在高压低温下发现了金属氢，一时轰动科学界。如果这属事实，那么他们毫无疑问将获得诺贝尔奖。

金属氢是一种传说中的物质。元素有金属与非金属的差别，金属一般具有导电性，却具有金属光泽，基本在常温下为固体（只有汞为液体）；非金属，则一般为绝缘体，只有极少数属于导体（如碳）和半导体（硅）。

但按照粒子的构成，元素之间是能够在压力之下进行转换的，也就是说，金属可以变非金属，非金属也可以变成金属。如在大约20年前，分子氧已经被证明在大约100万倍大气压下变成了一种金属。

那接下来的问题就来了，氢，这种非金属，能变成金属吗？

80年前，科学家们就做出了这样的结论，但直到今天，我们还没有亲眼见到过金属氢。按照科学家们的论断，在太阳等恒星，以及行星内核，都有金属氢的存在。

理论应该是正确的，那么怎么才能把氢变成金属氢呢？

首先是极高的压力，大约相当于488万个大气压，然后还需要-200°上的低温，才能得到金属氢。哈佛大学正是在这一温度下宣布制成了金属氢的。

样品镜下图（205Gpa还是透明的液态氢，415Gpa不透明固态氢，495Gpa变成金属）

这是一个很神奇的过程，氢原子在高压之下排列越来越紧密，越来越紧密，最终它们肩并肩地占到了一起，最终也从透明变成了不透明。

金属氢如果一旦能够制备，那人类的材料史将会向前迈进超级一大步。

金属氢是一种类似金刚石（钻石），具有亚稳态的特性，即一旦形成，就不会再变回气体氢。而金属氢因为没有电阻，所以人类可以用它来实现梦寐以求的0损耗输电。

同时，以为金属氢里含有超级大的能量（形成过程耗费极大能量），所以它将是人类能源史的一次革命。火箭飞天如果用金属氢，那去个火星将不再困难。

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开个脑洞：把一艘核潜艇送入木星的液氢液氦海洋里能够航行起来吗

开个脑洞：把一艘核潜艇送入木星的液氢液氦海洋里能够航行起来吗？

这个脑洞虽大，但有点残缺。

这是一个完全不知道天高地厚常识的胡诌。这位朋友既然知道木星有液氢海洋，难道就不知道那上面的液氢怎么来的吗？迄今我没有看到木星上有液氦海洋的说法，因为液氦形成的条件更苛刻，一个大气压下相变温度为4.215K，木星的高温高压无法形成液氦，只会形成液态氢和金属氢。

在地球上，液氢是由氢气经过降温得到的液体，这个温度要降到什么程度呢？就是一个大气压下，降到20.37K以下，用摄氏度表示就是-252.78℃。这就是氢的沸点，也就是到了这个温度它就沸腾变成气态，低于这个温度就变成无色透明的液态。而氢的熔点是-259.1℃，也就是13.96K，到了这个温度就会变成雪花状固体。

即便是这样地球上获得的液态氢，有什么样的潜艇能够承受如此酷寒呢？

而且液态氢的密度为70.8kg/m^3，固体氢的密度为86kg/m^3。在地球上，潜艇是在水中航行的，水的密度为1000kg/m^3，是液态氢的14倍，才难够使船舶或潜艇浮起。如果在液氢中航行，要用什么材料制造这个潜艇才能够浮起来，并且能够承受零下259℃的低温呢？

泡沫塑料的密度为100~400kg/m^3，都要比液态氢密度大数倍，不过钢铁也比水密度大数倍，只要巧妙设计就可以浮起来。但有谁敢乘坐在泡沫塑料做成的潜艇里，在-259℃的低温里航行？要知道泡沫塑料最低耐受温度只是-80℃，而液氢的温度比这低三倍多。

木星上液氢形成方式与地球完全不一样。

液态氢在木星上是由于高温高压而形成的。

木星是一个而巨大气态行星，整个星球以气体为主。木星大气按分子量由约88~92%的氢，8~12%的氦组成，其中有少量的其他成分。按质量则约为75%的氢和24的氦%，还有约1%的甲烷、水蒸气、氨气等气体。

木星是太阳系最大的行星。在太阳系一共有八大行星，木星一颗的质量就是其他七大行星加起来的2.5倍，木星的半径有71492km，是地球的11倍多，体积是地球的1300多倍，质量是地球的318倍。

木星没有固态表面，只有一个比较小的岩石星核，这个核心一般认为体积约地球2倍，质量约地球10~15倍。体积增加1倍半径相当地球的1.26倍，也就是说这个核大约在8000km左右，而木星半径为71492千米，除了这个内核，上面还有63492km厚度的气体。

这63492km的木星气体分层结构是个啥样呢？

一般认为，在木星大气表面深入下去约5000km的厚度，是由气态相变成液态氢的过程。随着深入，大气密度会越来越大，压力和温度越来越高，气态就渐渐相变成液态氢。形成液态氢的压力就已经有几十万上百万个地球大气压力了，温度已经达到数千K到上万K。

液态氢的厚度大约有25000km厚，随着液态氢深度的增加，压力会越来越大，温度也来越高，液态氢就渐渐相变成了金属液态氢。虽说叫金属氢，但由于是在高温高压下形成的，因此这里的金属氢并非固态的，而是熔融稠密液态的，这里的温度已经高达10000K以上，压强达到360万个以上，比地球核心压力还要高。

金属氢层又叫木星的氢幔层，相当地球的地幔，这个氢幔层厚度约有33000km。这里的温度从1万K逐渐提高到2万多K，压力从几百万大气压，逐步加大到上亿个大气压。到了木星的岩石核心，温度达到30000K，是太阳表面温度的5倍，压力达到3亿个，是地球核心压力约100倍。在这样的特殊环境下，实际上木星核心也不是固态的，呈现出熔融的牛皮糖状或白蜡状，是一种既有柔韧性，又比钻石还要坚硬的奇怪物质，这种状态在地球上无法模拟做到。

潜艇到了木星的结局。

在木星这样极端环境下，如果真的有一艘潜艇到了那里，是一种什么样的结局呢？

首先，这艘潜艇在进入木星大气层后，要经历冰火两重天的考验。木星大气层表面温度为-148℃，这一点倒没什么，因为人类发射的航天器都要经过这种寒冷考验；但随着木星巨大引力的拉拽，这艘潜艇会坠落得越来越快，还等不到木星本身随着深度压力温度变化，就在与大气的摩擦中焚毁了。卡西尼探测器完成土星探测任务后，投身进土星大气层化为绚丽的火花，就是前车之鉴。

即便这艘潜艇是特殊材料制成，没被大气摩擦所焚毁，也无法承受越来越高的压力和温度，任何地球材料都无法承受液态氢层的高温高压，早就熔融成一滩液态杂物了，这滩杂物如果没有被液态氢搅散的话，肯定比液态氢密度大，因此会一直沉下去，沉到金属氢里面去，最终沉到了木星核上。

本来在极高温度下任何物质都会气化掉，但在木星深处的高温高压下，物质只能相变成液态而无法气化。

“潜艇”只能停留在木核上面。

木星核虽然是熔融状态，但密度比地球大多了，从地球体积两倍，却有地球质量10~15倍就可以看出，密度至少比地球大5~7倍，地球密度为5.5g/cm^3，5倍就是约30g/cm^3，这是铁的密度7.8g/cm^3的约4倍了，因此这滩杂物是不可能沉入木星核心了，只在核心上面的金属氢里面永远的荡漾。

或许这就是这艘潜艇的归宿，它依然在“潜”着，只是里面前往探险的人们已经成为粒子，与这艘“潜艇”融为一体了。

当然，这艘潜艇真的要进入木星大气层，还有很多考验等待着它，比如木星风暴和木星雷电，都比地球厉害很多倍，目前人类完全没有什么办法去应对。

因此在可预见的未来，木星是一个人类无法进入的地方。

科学考察的最深处，大概也就进入大气层百十千米，方法就是释放一艘有去无回的探测器，比如朱诺探测器，在完成木星各项探测任务后，就准备一头扎入木星大气层，利用没有被焚毁前的短短几分钟，获取一些木星大气表面稍深处的资料。

朱诺号的前辈伽利略号和卡西尼号已经做过这种尝试，它也将前赴后继。

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