发表在《自然》杂志上的新论文揭示的证据表明，氦雨——氦滴通过液态金属氢落下，很像水雨滴落入地球大气层——在一系列压力和温度条件下是可能的，这些条件反映了预期在行星内部发生的情况比如木星和土星。

这一发现将帮助科学家确定这些行星是如何形成的，并将提供对地球和太阳系演化的关键见解。

“我们的实验表明，在木星和土星的深处，氦液滴正从巨大的液态金属氢海洋中落下，”该实验室机械工程教授兼科学、技术和学者的副主任吉尔伯特 (里普) 柯林斯说。罗彻斯特大学的激光能量学 (LLE)。

“下次当你仰望夜空中的木星时，想想这是一件非常了不起的事情。这项工作将帮助我们更好地了解木星的性质和演化，这一点尤为重要，因为长期以来，木星一直被认为是一种太空垃圾收集器——保护我们在太阳系中的星球。”

为了达到土星和木星等行星内部预期的压力和温度条件，研究人员在金刚石砧座中预压缩氦和氢混合物，使其压力约为地球大气压力的 40,000 倍。然后，他们在 LLE 的 Omega 激光设施中使用 Omega 激光向样品发射强烈的冲击波，进一步压缩它们并将它们加热到数千度。

该团队使用一系列超快诊断工具测量了冲击速度、冲击压缩样品的光学反射率及其热辐射，发现样品的反射率并没有随着冲击压力的增加而平滑增加，在大多数样本中，研究人员使用类似的测量方法进行研究。

相反，他们发现观察到的反射率信号存在不连续性，这表明样品的电导率发生了突然变化，这是氦气和氢气混合物正在分离的特征。当氦与氢分离时，它会形成液滴——很像油和水的混合物中形成的油滴——氦有可能沉淀成氦雨。

由于微妙的量子效应，对分层过程进行数值模拟具有挑战性，但研究人员进行的实验将为未来的理论和数值模拟提供关键基准。该团队将继续改进他们的测量，以提高对极端条件下材料的理解。

其他研究人员来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室、法国替代能源和原子能委员会 (CEA) 以及加州大学伯克利分校。

Lawrence Livermore 的实验室指导研发计划、国家科学基金会物理前沿计划和能源部科学办公室资助了这项工作。

资料来源：罗彻斯特大学