كشف لغز الهيدروجين المعدني في مركز المشتري

صمم علماء من الولايات المتحدة وسويسرا نموذجا أوليا للعمليات الجارية داخل كوكب المشتري، ما سمح لهم بوصف مراحل تحول الهيدروجين إلى الحالة المعدنية.

وتفيد مجلة Nature، بأن الهيدروجين هوأبسط عنصر يتكون من بروتون واحد وإلكترون واحد، الأكثر انتشارا في الكون، وهو المكون الأساسي لكواكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون. ويبقى الهيدروجين على سطح هذه الكواكب في حالته الغازية، ولكن في المركز يكون في الحالة المعدنية، ويصبح مثل الموصل. هذا ما كشفته نتائج المراقبة والحسابات.

وقد تمكن علماء من جامعة كامبريدج ومركز بحوث IBM في زيوريخ وكلية البوليتكنيك في لوزان (EPFL) من تصميم نموذج أولي يجمع بين قدرات التعليم الآلي وميكانيكا الكم وتقنيات المعالجة الإحصائية الحديثة.

ويقول الدكتور بينغينغ تشينغ من مختبر كافينديش، "كان وجود الهيدروجين المعدني نظريا متوقعا منذ قرن، ولكننا لم نكن نعرف كيف تجري هذه العملية، لعدم إمكانية تكرارها في المختبر والصعوبة الكبيرة في التنبؤ بسلوك نظم الهيدروجين المتعددة".

وجرت عملية تصميم النموذج باستخدام كمبيوترات EPFL، الذي كان أساسه حسابات منطقة صغيرة من التركيب الإلكتروني للهيدروجين الكثيف، التي وسعها نظام التعليم الآلي إلى نطاق كبير من درجات الحرارة من 100 إلى 4000 كلفن وضغط من 25 إلى 400 غيغا باسكال. وقد استغرقت هذه العملية مدة أسبوعين فقط.

إقرأ المزيد

عالم فلك هاو يكتشف عاصفة جديدة على أضخم كواكب المجموعة الشمسية (صور)

وأظهرت نتائج النمذجة، أن الحالة المرحلية للهيدروجين في ظروف الضغط الشاذ، تتغير تدريجيا وليس بصورة مفاجئة، كما يفترض عند الانتقال من الدرجة الأولى الذي يرافقه تغير لحظي لجميع الخصائص الفيزيائية. ويمكن تشبيه هذه العملية بغليان الماء السائل، فحالما يتحول الماء إلى بخار، يتغير شكله الخارجي وسلوكه، مع بقاء الضغط ودرجة الحرارة ثابتة.

وبما أن انتقال الهيدروجين تدريجي، فمن الصعب تحديد نقاط التحول الحرجة. وهذه الحالة يسميها العلماء نظم ذات نقطة حرجة كامنة. يتحول الهيدروجين تدريجيا وباستمرار بين المرحلتين الجزيئية والذرية، متحولا من الحالة الغازية إلى حالة الغاز السائل، ومن ثم إلى سائل عازل وبعدها يتحول إلى سائل معدني موصل
وهذا الاكتشاف يثبت نظريا الانتقال السلس والتدريجي بين الطبقات العازلة والموصلة في الكواكب الغازية. كما توضح سبب تعارض نتائج العديد من التجارب التي يستخدم فيها الهيدروجين الكثيف.

المصدر: نوفوستي