(This cut-away illustrates a model of the interior of Jupiter, with a rocky core overlaid by a deep layer of liquid metallic hydrogen. https://en.wikipedia.org/wiki/Jupiter#/media/File:Jupiter_diagram.svg)
수소는 우주에서 가장 흔하고 기본적인 원소이지만, 그 성질에 대해 모든 것을 밝혀낸 것은 아닙니다. 우리가 생각하는 수소는 기체지만, 사실 우주에서는 플라스마 상태로 더 흔하게 존재하며 목성의 중심처럼 압력이 높은 장소에서는 금속과 같은 상태로 존재할수도 있습니다. 하지만 금속 수소의 전이 과정에 대해서 아직 밝혀지지 않은 부분이 있습니다.
막스 플랑크 연구소의 과학자들은 200K 이하의 저온에서 금속 수소의 전이 상태를 연구했습니다. 연구팀은 다이아몬드를 이용해 수소 원자를 500GPa의 고압으로 압축하면서 정보를 수집했습니다. 그 결과 수소는 350-360GPa의 압력에서 반금속 상태로 전이되었으며 440GPa의 압력에서 완전한 금속 수소로 변했습니다.
수소가 금속처럼 변한다는 사실은 우리에게는 생소한 자연 현상이지만, 목성 같은 가스 행성의 중심부에서는 실제로 일어나는 일로 생각되고 있습니다. 암석 핵 주변에 매우 큰 금속 수소층이 있고 그 위로 액체 수소 및 가스 층이 배열된 것으로 생각됩니다. 따라서 금속 수소의 특징을 연구하는 것은 목성 같은 거대 가스 행성의 내부 구조를 이해하는데 중요합니다.
물론 목성의 내부처럼 초고압 상태를 지구상에서 재현하기는 어렵지만, 과학자들은 최신 기술을 이용해 가능한 높은 압력을 구현하고 이를 연구하고 있습니다. 참고로 300GPa은 거의 300만 기압에 달하는 초고압 상태입니다. 과학자들은 이보다 더 높은 압력에서 생기는 현상을 연구하기 위해 계속해서 연구를 계속할 것입니다.
참고
M. I. Eremets et al. Semimetallic molecular hydrogen at pressure above 350 GPa, Nature Physics (2019). DOI: 10.1038/s41567-019-0646-x
댓글
댓글 쓰기