En menos de una semana, la nave espacial Juno llegará a Júpiter, la culminación de un viaje de cinco años y miles de millones de dólares. Su misión: mirar profundamente dentro del gigante gaseoso y desentrañar su origen y evolución. Uno de los más grandesmisterios que rodean a Júpiter es cómo genera su poderoso campo magnético, el más fuerte en el sistema solar.
Una teoría es que aproximadamente a la mitad del núcleo de Júpiter, las presiones y temperaturas se vuelven tan intensas que el hidrógeno que constituye el 90 por ciento del planeta, el gas molecular en la Tierra, pierde sus electrones y comienza a comportarse como un metal líquidoLos océanos de hidrógeno líquido metálico que rodean el núcleo de Júpiter explicarían su poderoso campo magnético.
¿Pero cómo y cuándo ocurre esta transición del gas al metal líquido? ¿Cómo se comporta? Los investigadores esperan que Juno arroje algo de luz sobre este exótico estado de hidrógeno, pero uno no necesita viajar hasta Júpiterpara estudiarlo
A cuatrocientos millones de millas de distancia, en una pequeña habitación sin ventanas en el sótano del Laboratorio Lyman en Oxford Street en Cambridge, Massachusetts, había, por una fracción de fracción de segundo, un pequeño pedazo de Júpiter.
A principios de este año, en un experimento de aproximadamente cinco pies de largo, los investigadores de la Universidad de Harvard dicen que observaron evidencia de la abrupta transición del hidrógeno del aislante líquido al metal líquido. Es una de las primeras veces que se ha observado tal transición encualquier experimento
Publicaron su investigación en Revisión física B .
"Esto es ciencia planetaria en el banco", dijo Mohamed Zaghoo, becario de Ciencias de la Tierra y el Espacio de la NASA en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard. "La cuestión de cómo el hidrógeno se transforma en un metalel estado, ya sea una transición abrupta o no, tiene enormes implicaciones para la ciencia planetaria. Cómo las transiciones de hidrógeno dentro de Júpiter, por ejemplo, dicen mucho sobre la evolución, la temperatura y la estructura de estos interiores de gigantes gaseosos ".
En el experimento, Zaghoo, Ashkan Salamat y el autor principal Isaac Silvera, el profesor de Ciencias Naturales Thomas D. Cabot, recrearon las presiones y temperaturas extremas de Júpiter al exprimir una muestra de hidrógeno entre dos puntas de diamante, aproximadamente 100 micrasancho y disparando ráfagas cortas de láser de intensidad creciente para elevar la temperatura.
Esta configuración experimental es significativamente más pequeña y económica que otras técnicas actuales para generar hidrógeno metálico, la mayoría de las cuales dependen de enormes pistolas o láseres que generan ondas de choque para calentar y presurizar el hidrógeno.
La transición del líquido al hidrógeno metálico ocurre demasiado rápido para que los ojos humanos la observen y la muestra dura solo una fracción de segundo antes de que se deteriore. Por lo tanto, en lugar de observar la muestra en busca de evidencia de la transición, el equipo observó láseresseñaló la muestra. Cuando ocurrió la transición de fase, los láseres se reflejaron abruptamente.
"En algún momento, el hidrógeno pasó bruscamente de un estado aislante transparente, como el vidrio, a un estado metálico brillante que reflejaba la luz, como cobre, oro o cualquier otro metal", dijo Zaghoo. "Porque este experimento, a diferencia del choqueexperimentos con olas, no es destructivo, podríamos ejecutar el experimento continuamente, haciendo mediciones y monitoreando durante semanas y meses para aprender sobre la transición ".
"Este es el sistema atómico más simple y fundamental, pero la teoría moderna tiene grandes variaciones en las predicciones para la presión de transición", dijo Silvera. "Nuestra observación sirve como una guía crucial para la teoría moderna".
Los resultados representan la culminación de décadas de investigación por parte del grupo Silvera. Los datos recopilados podrían comenzar a responder algunas de las preguntas fundamentales sobre los orígenes de los sistemas solares.
El hidrógeno metálico también tiene ramificaciones importantes aquí en la Tierra, especialmente en ciencia de energía y materiales.
"Mucha gente habla de la economía del hidrógeno porque el hidrógeno es combustible limpio y es muy abundante", dijo Zaghoo. "Si puede comprimir el hidrógeno en alta densidad, tiene mucha energía compactada".
"Como combustible para cohetes, el hidrógeno metálico revolucionaría los cohetes como propulsores en un orden de magnitud más poderoso que cualquier químico conocido", dijo Silvera. "Esto podría reducir el tiempo que lleva llegar a Marte de nueve meses a aproximadamente dos meses"., transformando las perspectivas de los esfuerzos del espacio humano ".
El hidrógeno metálico podría usarse para hacer que la temperatura ambiente o incluso más de los superconductores a temperatura ambiente.
La misión de Juno va de la mano con experimentos de laboratorio en hidrógeno metálico, dijo Zaghoo.
"Las mediciones del campo magnético de Júpiter que Juno recolectará están directamente relacionadas con nuestros datos", dijo. "No estamos compitiendo con la NASA pero, de alguna manera, llegamos primero a Júpiter".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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