После 80-летних безуспешных поисков физикам, наконец, достоверно удалось получить металлический водород. Именно в такой форме он существует в недрах гигантских планет – и может использоваться в технологиях будущего.

Исаак Силвера (Isaac Silvera) и Ранга Диас (Ranga Dias) из Гарвардского университета использовали алмазные наковальни, создав сверхвысокое давление, превышающее давление в центре Земли. Это позволило сблизить атомы водорода в образце настолько тесно, что их электроны «обобществились» и стали двигаться по свободным траекториям, обеспечивая электропроводность и другие свойства металлов. О долгожданном событии авторы рассказывают в статье, опубликованной журналом Science.

Еще в 1935 г. физик и теоретик, будущий лауреат Нобелевской премии Юджин Вигнер предсказал, что при давлении выше 25 ГПа (250 тыс. атмосфер) молекулярный водород должен совершать фазовый переход и становиться металлическим. Такое давление в сотни раз выше, чем на дне Бездны Челленджера в Тихом океане, так что воспроизвести нужные условия долгое время не было никаких возможностей.

Более того, по мере развития физики и квантовой механики стало ясно, что металлический водород требует еще более высоких давлений: 400–500 ГПа, выше, чем в центре Земли. За последние 20 лет было сделано несколько сообщений о его получении в лаборатории, но данные экспериментов оказались не слишком надежными и не раз подвергались критике. Летом 2016 г. Исаак Силвера и его коллеги добились нужного перехода – но всего на доли секунды – и намерены были подтвердить достижение еще раз.

В новых экспериментах команде Силверы удалось получить давление 495 ГПа, сжав образец между заостренными и тщательно обработанными концами пары искусственных алмазов. Дополнительную прочность этой «наковальне» придало напыление из оксида алюминия, непроницаемого даже для мельчайших атомов водорода. Ученые зафиксировали, что при сравнительно низких давлениях образец водорода оставался прозрачным (и непроводящим), затем потемнел, а при 495 ГПа стал блестящим, отражая свет, как самый настоящий металл.

Dias & Silvera, 2017

Металлический водород интересует ученых с самых разных сторон. Его крайне интересно изучить, поскольку именно в этой форме водород существует в недрах крупных небесных тел, таких как Юпитер. Но он же может найти применение и на Земле – в качестве компонента нового поколения ракетного топлива и просто электроники. Теория предсказывает, что металлический водород должен быть высокотемпературным сверхпроводником, за которым так давно охотятся физики.

Более того, согласно некоторым моделям, металлический водород можно будет использовать в самых обычных условиях. Предполагается, что огромное давление требуется лишь для его образования, а впоследствии он сохранит это состояние даже при комнатной температуре и давлении в одну атмосферу. Выяснить это мы можем уже довольно скоро.

Источник

Статья в Science

Атмосфера гигантской планеты Сатурна, состоящей в основном из водорода, имеет более широкие и интенсивные высотные струйные течения, по сравнению с другими планетами Солнечной системы. Ветра, дующие со скоростями до 1650 километров в час с запада на восток в атмосфере над экватором, по силе превосходят самый разрушительный ураган, зарегистрированный на Земле, в тринадцать раз.

Это гигантское высотное струйное течение простирается на 70000 километров с севера на юг, что составляет около пяти диаметров Земли. До сих пор не было предложено теории, способной объяснить природу этого газового течения или питающих её источников энергии.

В июне прошлого года команда исследователей во главе с Агустином Санчес-Лавега (Agustín Sánchez-Lavega) из Университета Страны Басков, Испания, открыла присутствие на экваторе Сатурна белого пятна, движущегося со скоростью примерно 1600 километров в час, не регистрируемой на планете с 1980-х гг. Изучая движение этого пятна при помощи космического телескопа «Хаббл», исследователи смогли выяснить новые подробности о структуре экваториального высотного струйного течения на Сатурне.

Так, исследователи узнали, что скорость ветра в этом течении меняется по высоте, составляя всего лишь 1100 километров в час в верхних слоях атмосферы, но возрастая до 1650 километров в час на глубине примерно 150 километров. Ещё одним интересным наблюдением является то, что скорость ветра, дующего в глубине атмосферы, остается почти постоянной в течение продолжительного времени, в то время как скорость ветров, дующих в верхних слоях сатурнианской атмосферы, существенно зависит от сезонного цикла инсоляции Сатурна, и их интенсивность возрастает при затенении экватора Сатурна его кольцами.

Россия в ходе операции ВКС в Сирии испытала новые беспилотники на водородном топливе, заявил РИА Новости высокопоставленный представитель военно-промышленного комплекса.

"Те беспилотные летательные аппараты, которые применялись в Сирии, не все, но их было достаточно много, летали на водородном топливе. То есть они могут достаточно долго держаться в воздухе, вырабатывая постоянно водород, давая возможность движителю пополнять энергию", — сказал собеседник агентства.

В данный момент, по словам источника, беспилотники этого типа, прошедшие испытания в условиях жаркого климата и песчаных бурь, возвращены в Россию.

О создании в России беспилотников на водородно-воздушных топливных элементах в августе 2015 года на авиасалоне МАКС-2015 сообщала Объединенная авиастроительная корпорация. Совместно с Институтом проблем химической физики и Центральным институтом авиационного моторостроения имени Баранова (ЦИАМ) корпорация разработала и испытала летом 2015 года несколько образцов дронов этого типа, в частности «Птеро E5», «ЦИАМ 80» и «Инспектор-1».

Аппараты могли держаться в воздухе до 40 часов, а ресурс топливных элементов составил около пяти тысяч часов. Разработчики утверждают, что смогли добиться работоспособности топливных ячеек при температурах до минус 40 градусов Цельсия, что позволяет использовать аппараты в условиях Крайнего Севера.

Водородно-воздушный топливный элемент вырабатывает электрический ток в результате электрохимической реакции водорода с кислородом. Реакция протекает на мембране, покрытой слоем катализатора.