固态、液态、超离子态……宇宙天体的“内心”到底什么样?#宇宙#

  实际上,与对其他天体核心的了解相比,我们对地球核心的认知还是很多的,地震学仍然是认识地核的主要手段,当然我们也可以通过高温高压的实验和计算模拟,对某些天体核心性质进行研究,但这个研究难度就大得多了。

  何宇 中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压重点实验室研究员

  地球是目前人类在宇宙中的唯一家园,我们对它足够了解吗?未必。我国科学家最新的研究成果表明,地球内核并非传统认知的固态,而是由固态铁和流动的轻元素组成的超离子态。

  日前,中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压重点实验室研究员李和平、何宇与中国科学院外籍院士、北京高压科学研究中心毛河光等人组成的研究团队在《自然》刊发的论文颠覆了人们对地球核心的已有认知。

  超离子态是地球和行星科学研究中的新物态,因其特殊的性质引起了广泛关注。当人类探索的足迹不断迈向宇宙深处,我们不禁会问:超离子态会广泛存在于宇宙天体内部吗?这个发现对于我们研究地球和宇宙有什么意义?

  揭开地心的神秘面纱

  波涛汹涌的大海、耀眼的电闪雷鸣、摄人心魄的岩浆崩裂、巨大的蘑菇林……在法国作家凡尔纳笔下的《地心游记》中,地球内部是一个丰富多彩的奇幻世界。事实上,科学研究表明,地球内核并不是凡尔纳所想象的空心结构。

  地球的年龄大概46亿岁。科学技术的进步,使人类能够上天、入海,然而“入地”却仍然是困难重重。几千年来,没有任何人类的设备能够钻透地壳。受限于观测数据的匮乏,人们对于地球内核结构和性质的认知非常有限。

  地震学的发展使得人们可以利用地震波获得地球内部的信息。1936年,科学家通过观测分析地震纵波穿过地核时形成的影区,首次发现了地球内核的存在,人们根据纵波和横波数据的分析,确立了地球液态外核和固态内核的基本认知。

  当然,如果没有亲眼看到,我们无法确切地知道地球内核究竟是什么。不幸的是,向地球深处发射探测器是不可能的。这就是为什么此次研究人员在他们的最新研究中专注于计算机模拟。

  何宇说,地球内核的密度比纯铁要低,因而人们推测地球内核中存在某些轻元素。对于这些潜在的超离子态铁合金,前人做了大量的研究,但重元素与轻元素是以什么状态共存的还是个谜。为此,研究团队利用基于量子力学的分子动力学模拟,在地球核心的温度和压力下进行了计算模拟,表明地球内核并非传统认知的固态,而是由固态铁和流动的轻元素组成的超离子态。

  所谓的超离子态,介于固态和液态之间,在超离子态物质中一部分离子如液体一般快速运动,而另一部分离子如“骨架”一般固定。最新研究成果吸引了相关研究领域专家的关注,大家普遍认为这是非常重要的创新认识,对认知地球内核结构、乃至研究整个宇宙的天体内核结构非常重要。

  宇宙天体内核之谜待解

  茫茫宇宙,存在着大量的天体。一般来说,天体之间由于相互吸引和相互绕转的关系,可以被分为不同层级的天体系统,其中包含地球的天体系统从小到大分别是地月系统、太阳系、银河系、总星系和宇宙。

  目前人类对于地月系统、太阳系和银河系了解得相对多一些,而对于总星系和宇宙的了解则相对较少。那么不同类型的宇宙天体,其内核会是什么状态的?也会和地球一样是超离子态吗?对此,何宇解释,目前人类能直接探测的行星核心有限,已知的行星核心状态主要是液态和固态,有些天体甚至还不一定有内核;至于超离子态核心则更稀少,因为它要满足温度、压力以及组成物质等条件才能形成。

  不久前,南京大学物理学院教授孙建等人预言,巨行星内部存在超离子态硅—氧—氢化合物。

  长期以来,关于天王星和海王星等巨行星们内部物质存在很多争议,目前有冰巨星和岩石巨星两类行星模型。冰巨星模型可以解释天王星和海王星的磁场,而磁场与行星内核紧密相关,但这种模型不能解释所有对它们的观测数据,如行星大气中的氕氘比例。岩石巨星模型则可以解释氕氘比例,并且其冰岩比例与柯伊伯带天体相近,更容易解释行星的起源问题,但是缺少导电物质来解释行星磁场。此外,天王星与海王星核幔边界的结构也是一个长期存在的问题。一般认为,天王星与海王星的地幔主要由水、氨和甲烷组成,核心为石质,主要成分为二氧化硅。目前尚不清楚,二者在核幔交界处是有清晰的边界还是渐变的过渡区。

  孙建等人利用晶体结构搜索和第一性原理计算等方法预言了多种硅—氧—氢化合物,并发现其中的二氧化硅—水与二氧化硅—氢两种化合物的超离子态范围,正好符合天王星与海王星核幔边界附近的温度压强条件。研究表明,硅—氧—氢化合物的超离子相可能是天王星与海王星内部的重要组成部分。

  人类研究天体核心的脚步从未停歇

  “实际上,与对其他天体核心的了解相比,我们对地球核心的认知还是很多的,地震学仍然是认识地核的主要手段,当然我们也可以通过高温高压的实验和计算模拟,对某些天体核心性质进行研究,但这个研究难度就大得多了。”何宇说,尽管难度很大,但人类没有停止过探索的脚步。

  开普勒天文望远镜的观测数据表明,类地行星在宇宙中十分普遍。由于它们距离地球过于遥远,对它们进行研究难度非常大。金星虽然是人类探索的第一颗太阳系内行星,但由于金星登陆难度太大,科学家便转移了目标,转而探索火星。

  事实上,火星的直径只有地球的一半,体积只有地球的15%,引力也只有地球的38%,而且火星已经处于太阳系宜居带的边缘。因此,研究火星有助于人类预测类地行星的成分和大气层。

  何宇表示,美国国家航空航天局的“洞察号”火星探测器收集到了经过火星内核的火星地震信号,这是人类首次探测到地外行星核。不过由于数据量不足,科学家还是不能确定,火星是否有个固态的内核。

  2018年,“洞察号”在火星表面成功着陆,并于2019年4月首次探测到火星地震。与地球上发生的地震相比,火星震动强度显得微不足道,但每次火星震动都能揭示火星内部构造,通过研究地震波如何穿过行星的不同层,科学家可以推断不同层的深度和组成。从某种意义上来说,火星震动相当于给火星拍摄了一张X光片,科学家可以通过研究火星地幔和地核之间的深边界反射的地震波,来测量火星地核的大小。

  何宇表示,今年美国国家航空航天局将开启对灵神星的探索之旅,这个小行星非常特别,主要由铁镍合金组成,可能是早期行星的核心残骸,“这次探索将确定它是否是行星核心,这对于我们认知地球以及其他行星的核心十分重要。”

  来源:科技日报

#天锁之合[超话]# 这个作品给我感触很深,到现在才想说点什么。我入职航天科技一年,当初给我们做入职培训的是一院负责70周年阅兵导弹车队的院士,用了一整天讲中国航天史。他说中国人的飞天梦就是从万户开始,万户只是一个职位,粪土当年万户侯粪土的也不是那个万户,飞天第一人万户不应该被嘲笑痴人说梦,而是应该被尊敬。整场培训三分之二的时间眼泪在打转,院士自己也是但是特别振奋人心,当时就想带着这种追求和热爱,难怪CASC最屌[兔子]我更没有想到,一年后我粉上的男明星,做出的作品有这种立意,刘大锁牛逼,孙天宇牛逼,我眼光牛逼[兔子]

西蓝天然气集团召开2021-2022年度冬季高峰供气暨安全生产工作沟通见面会
为切实做好今冬明春高峰供气各项工作,保障人民群众温暖过冬。2021年10月19日下午,在做好疫情防护措施下,西蓝天然气集团召开“2021-2022年度冬季高峰供气暨安全生产工作沟通见面会”。
会议邀请西安市燃气供热服务中心副主任李志斌、蓝田县发展和改革委员会副主任张武辉、蓝田县住房和城乡建设局燃气办高杨、蓝田县市场监督管理局科长问晓强、灞桥区洪庆街道办事处安监办陆强、李军峰;西蓝天然气集团执行总裁兼运营中心总经理曹丽霞、西蓝天然气集团副总经理兼安委会主任陈东、西蓝天然气集团财务总监邱绿英等领导出席会议。会议还邀请了火箭军工程大学、航天四院、西安纺织集团有限责任公司、西安瑞行汉城热力发展有限公司等40家用气单位代表参加会议;西蓝天然气集团洪庆生产区副总经理刘卫军、销售部副总经理张红梅、管网运行部副总经理王望龙、王飞、管网稽查部部长王晓峰、蓝田门站站长王增强等人员参加会议。会议由蓝田市场开发项目负责人谢普森主持。
会议认真贯彻落实中央及我省关于冬季天然气保供的决策部署,进一步明确任务,夯实责任,最大限度保障用户用气需求。结合冬季采暖季用气量高、上游气源不足、供需缺口大、民生用气保障任务艰巨等实际情况,与政府各级领导、各位工商业用户代表,就今冬天然气保障工作,开展交流探讨,做到“公平、公正、公开,合理、合法、合情”。
会上,与广大工商业用户代表进行商讨和对接,努力做到“确保安全、提前告知、充分沟通、稳妥推进、圆满完成”的目标,并按照“保民生、保公用、保重点”的原则,合理安排,保障区域内用户不间断供气!
冬季供气是关系群众冷暖、关乎社会和谐、事关社会稳定的大事,是重要的民生工程。每到冬季,供暖供气就成为各级领导关切、社会关注、群众关心的热点。根据省、市【采暖季天然气保障工作方案】和西安市采暖季“压非保民”应急预案,西蓝天然气集团精心组织,科学部署,不断完善天然气冬季供应方案,倒逼各项措施落实,摸清家底、编制科学的配量方案,选好调峰并提高应急能力,建立了可中断调峰用户清单,既要兜住民生用气底线,也要把对经济社会发展的影响力降到最低,确保用气高峰期供气工作正常有序进行。

会议议程

第一项
西蓝天然气集团执行总裁、运营中心总经理曹丽霞,做《2021年度采暖季供气保障工作》的总动员。
执行总裁兼运营中心总经理曹丽霞,从天然气资源供需情况、2021年冬季合同签订量和用气量预测、应急保障方案等方面进行说明。并表示,面对今冬明春需求量的不断增长,加之可能再次遇到的极端天气,保供形势不容乐观。西蓝天然气集团将竭尽全力,精心部署,全力以赴,扎实备战,用初心坚守使命担当,用责任守护管道安全,努力圆满完成今冬明春的保供任务,为用户送去一份春天般的温暖!

第二项
西蓝天然气集团副总经理、安委会主任陈东,做《冬季保供安全管理措施》安排。
集团副总经理兼安委会主任陈东强调,要站在维护人民生命财产和社会和谐稳定的高度,同步筑牢企业和用户安全供用气防线。并重点从应急指挥小组、设备维护保养、安全风险把控、安全隐患排查等方面解读了《应急预案》,对涉及运行、安全、应急的人员,按照定岗、定人、定位明确职责,力保万无一失。
燃气安全无小事、安全关乎你我他,希望我们大家同心协力,把燃气安全工作做细、做深、做实,全力确保燃气使用安全,为美好生活创造安全稳定的环境。

第三项
西蓝天然气集团财务总监邱绿英,介绍《2021-2022年冬供调峰气源结算的依据》和2022年调峰气源结算计划。

第四项
西蓝天然气集团管网运行部副总经理王飞,介绍《2021年度冬供应急保障准备工作》。

第五项
按照西安市发改委、西安市城市管理和综合执法局要求,西蓝天然气集团与各用气单位签订《2022年用气合同 》及《天然气安全生产协议》。 

第六项
用户代表发言  
西安纺织集团有限责任公司
西安瑞行汉城热力发展有限公司

第七项
西蓝天然气集团执行总裁兼运营中心总经理曹丽霞和参会的工商业用户,就今年采暖供气保障相关问题进行交流,为广大用户答疑解惑。

第八项
西安市燃气供热服务中心副主任李志斌指出
燃气企业和用户,要始终把安全管理工作放在各项工作的首位。一是今年冬季保供形势异常严峻。要提高站位,力保供应。天然气保供工作直接关系民生冷暖,必须高度重视、未雨绸缪、担当作为。二是“压非保民”是政策也是底线。此次沟通交流会很重要,避免后期出现不理解。要按照工商业有序用气序位表,合理安排用气。三是要精准施策,科学部署。充分考虑今冬明春各类不确定因素,上下联动、畅通信息、密切协作,精准预测气量需求,科学落实调度保供机制,同心协力做好用气保障各项工作。四是要齐抓共管,力保安全。以“零容忍”的态度、“零事故”的标准,全方位、无死角开展燃气管线、燃气设施、入户安检等安全生产隐患排查治理,提前做好恶劣天气下天然气的应急准备工作,确保今冬明春天然气安全生产形势持续稳定。

一年一度的冬季高峰供气是对我们西蓝燃气人的全面考验,我们西蓝天然气集团将以高度的政治热情,饱满的精神状态,崇高的使命感和责任感,有信心、有决心,打好打赢今冬明春供气攻坚战,为广大工商业用户度过一个温暖、美好的寒冬,做出西蓝燃气人积极的努力,用实际行动传递西蓝燃气“辛苦我一人,温暖千万家”的服务理念,塑造优质西蓝品牌。


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