인류의 미래 밝혀줄 ‘금속 수소’

하버드대, 지구 최초 금속 수소 제조

The ScienceTimes

목성 탐사선 주노

주노의 임무 중 하나는 금속 수소를 찾는 것이다.

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주노(탐사선) 

2011년 08월 05일 발사된 목성 탐사선이다. 

인류 최초 태양열 전지 탐사선이며 스윙바이 항법으로 목성에 감.

이전 갈릴레오 탐사선과는 달리 

이번에는 목성 내부를 조사하는 임무를 맡았다. 

2018년 초 그 임무를 다하게 되며 그 후 영면할 예정이다.

2016년 06월 24일 목성 자기권에 진입하였고, 

2016년 07월 04일 23:44 (EST) 10분 정도 자세를 잡은 후, 

23:55 최종 궤도에 안착한다. 몸무게 4톤!

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수소는 우주에서 가장 먼저 생성된 원소 중 하나이다.

또한 가장 흔한 물질이기도 하다.

우주에 존재하는 총 원자 수의 90%를 차지하며, 

전체 질량의 약 75%가 수소이다.

태양은 수소가 92%, 헬륨 7%로 이뤄져 있으며?

지구의 물, 화석연료, 

살아있는 모든 생명체에 수소는 포함되어 있다.

목성은 수소와 헬륨으로 이뤄진 가스형 행성이다.

목성이 가스형 행성임에도 강력한 자기장을 만든다.

이유는 금속 수소 때문일 것이라고 과학자들은 추정한다.

가장 가벼한 원소인 수소는 대개 기체 형태로 존재한다.

하지만, 수소의 끓는 점은 영하 252.8도 

영하 253도 이하가 되면 액체 수소를 만들 수 있다.

1935년 미국의 이론물리학자 유진 위그너와 힐러드 헌팅턴은

더 낮은 온도에서 수소에 약 25만 기압을 가하면? 

금속상태가 된다고 주장한다.

보통 우리가 서 있는 땅에서 공기는 약 1기압이다.

바다에서는 수심 10m 내려갈 때마다 약 1기압씩 올라가게 되는데?

가장 깊은 마리아나 해구의 경우, 1000기압이 넘는다.

초고압력에서는 새로운 물질로 변한다.

그러나 이보다 훨씬 높은 압력에서는 

물질이 완전히 다른 형태로 존재한다.

산소에 압렵을 높이면? 

푸른색에서 붉은색으로 변하다가 결국은 반짝이는 금속이 된다. 

목성 내부는 마리아나 해구보다 수백만 배나 압력이 더 높다.

목성에 금속 수소가 존재하는 것으로 추정한다.

초고압을 연구하는 과학자들이 수소에 300만 기압을 가했다 한다.

하지만 예상과 달리 그래핀처럼 얇은 판의 구조로 변해버린다.

도대체 얼마나 높은 압력을 가해야 금속 수소가 될까?

미국 하버드 대학의 연구진이 고체 상태의 금속 수소를 만드는데 성공한다.

지난 달 '사이언스'지에 발표된 연구결과.

영하 267도의 극저온에서 약 495만 기압을 가하자?

기체가 금속으로 변한다.

장치는 끝이 뾰족한 두 개의 다이아몬드를 사용한다.

한쪽은 끝에 물질을 가둘 수 있도록 조금 파놓고, 

그 사이에 수소 기체를 놓고 압력을 높인다.

지구상에서 가장 단단한 물질인 다이아몬드 사이에 

실제로 가해지는 힘은 생각보다 그리 높지 않다.

하지만, 두 다이아몬드가 만나는 넗이가 매우 작아서 

그곳에 압력은 극히 높아진다.

실제로 연구진이 금속으로 만든 수소는 

지름 8㎛로서, 머리카락 굵기의 1/10 정도다.

수소 기체는 원자 한 쌍이 서로 결합한 분자 상태로서, 

전자들이 자유롭게 움직이지 못한다.

그러나 엄청난 압력에 눌러진 금속 수소는 

원자핵을 이루는 양성자가 격자 모양으로 늘어선 곳을

전자가 자유롭게 돌아다니는 상태로 변한다.

금속 수소는 전기저항이 '0' 초전도체이기 때문이다.

전기 저항이 0.

물질 안에 있는 전자의 이동으로 생기는데? 

물체의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘이 0.