На Нептуне и Уране идет дождь из алмазов?

«Алмазы - это навсегда», - это распространенное высказывание, которое указывает на чрезвычайную ценность алмазов, которые являются одним из самых редких веществ, встречающихся в природе на земле. Алмазы также являются одним из наиболее ценных веществ на земле, отчасти из-за его редкого появления и отчасти из-за многочисленных применений, которые имеет минерал. Будучи самым твердым природным веществом на земле, алмазы являются важнейшим компонентом в производстве буровых объектов. Учитывая, что алмазы имеют высокую стоимость, почти невозможно представить, что на Уране и Нептуне алмазы вообще не редкость, потому что они идут из облаков. Хотя такой сценарий звучит как сценарий из научно-фантастического фильма, ученые подтвердили, что алмазы действительно падают с неба на двух планетах. В недавнем отчете, опубликованном в Nature Astrophysics, говорится, что исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC смогли сформировать микроскопические алмазы из куска пластика после воссоздания экстремальных условий, обнаруженных в мантии двух ледяных гигантов.

Эксперимент

В то время как странная (или удивительная) природа космоса изучалась в течение многих лет, теория дождевых алмазов на Нептуне и Уране поляризовалась среди астрофизиков, причем некоторые ученые дискредитировали эту теорию. Сторонники теории не представили убедительных фактов. Все эксперименты, проведенные в поддержку теории, не дали требуемых результатов, так как исследователи не смогли воссоздать экстремальные условия, присутствующие в мантии Урана и Нептуна, которые были необходимы для образования алмазов, где температура достигала 5000 Кельвинов, а давление превышало 700 гигапаскалей. Это было до недавнего времени, когда исследователи в Национальной ускорительной лаборатории SLAC смогли воспроизвести экстремальные давления и температуры ледяных гигантов с помощью мощного оптического лазера, а также рентгеновского лазера на свободных электронах для отправки рентгеновских импульсов. на сверхбыстрых скоростях через форму пластика, полистирола. Полистирол - это углеводород, который состоит из атомов водорода и углерода и имеет структуру, которая очень похожа на структуру метана, присутствующего на гигантских ледяных планетах. Исследователи были взволнованы, увидев микроскопические алмазы, формирующиеся после прохождения первой и второй рентгеновских ударных волн через полистирол. Исследователи использовали источник когерентного света Linac для излучения сверхбыстрых рентгеновских импульсов, которые длятся менее наносекунды (они длятся в течение фемтосекунды) и имели решающее значение при записи процесса, который происходит в одинаково короткой продолжительности. Позже это исследование было опубликовано в издании журнала Nature Astrophysics и привело астрофизический мир в безумие.

Условия на Уране и Нептуне

Уран и Нептун классифицируются как ледяные гиганты, а не как газовые гиганты, как они изначально думали. Эти две планеты являются единственными ледяными гигантами в Солнечной системе и поэтому очень похожи по размеру, внешнему виду и составу. Уран - третья по величине планета в Солнечной системе, а Нептун - четвертая по величине планета Солнечной системы. Будучи в основном состоящими из газов, две планеты также входят в число наименее плотных планет Солнечной системы. Две планеты имеют синий цвет, а Нептун имеет более темный оттенок синего, чем Уран. Атмосфера двух планет очень густая; простираясь на 17, 2 мили на Уране и 12, 2 мили на Нептуне, и оба схожи по составу; состоит из водорода, метана и гелия. Мантии на обоих ледяных гигантах состоят из льдов, включая метан, воду и аммиак. Условия на двух планетах лежат в крайностях и увеличиваются по интенсивности ближе к ядрам. В Нептуне атмосферное давление ниже нижних облаков считается равным десяти гигапаскалям и увеличивается до 700 гигапаскалей в ядре планеты при температурах, достигающих 5400 К.

По оценкам, давление в ядре Урана составляет 800 гигапаскалей, а температура - 5000 К. Ученые считают, что условия на мантии двух планет идеальны для разложения метана, отделяющего атомы водорода от углерода атомы и, в конечном итоге, образование алмазов, которые падают на ядра планет.

Первые Исследования

Существование алмазов на гигантских ледяных планетах Солнечной системы было впервые предложено Марвином Россом, известным ученым, который в 1981 году написал статью под названием «Ледяной слой на Уране и Нептуне - алмазы в небе?». В книге он заявил, что внутренняя часть двух ледяных гигантов состоит из огромного количества алмазов. Марвин Росс утверждал, что огромное атмосферное давление, присутствующее внутри планет, в сочетании с экстремальными температурами высвобождает атомы углерода из атомов водорода, что приводит к образованию алмазов. Свои аргументы Марвин основал на эксперименте, в котором газ метана использовался в процедуре сжатия ударной волны. Другие последующие эксперименты, проведенные другими известными учеными, такими как Сандро Скандоло, подтвердили, что при высоком давлении газ метан может превращаться в углеводороды, при этом установленное давление составляет не менее 300 гигапаскалей. Ученые из Калифорнийского университета в Беркли, которые использовали ячейку с алмазной наковальней, смогли достичь результата при температуре 2500 кельвинов и давлении 50 гигапаскалей.

Эти экстремальные температуры и давление эквивалентны условиям ниже облаков в Нептуне. Ученые из геофизической лаборатории провели еще один эксперимент, в котором им удалось дестабилизировать химический состав метана при температуре 2000 кельвинов и давлении 7 гигапаскалей. Тем не менее, все эксперименты не привели к образованию алмазов, поскольку существующая технология ограничивала уровни давления и достигнутых температур, не позволяя ученым воссоздать условия, существующие внутри двух планет ледяного гиганта. Тем не менее, некоторые ученые скептически относились к теории, утверждающей существование алмазов на Уране и Нептуне, утверждая, что присутствие водорода и воды, которые смешались с газообразным метаном в атмосферах планет, поставило бы под угрозу химические реакции. Другие утверждали, что концентрация углерода в двух ледяных гигантах была недостаточно высокой, чтобы позволить образование алмазов, независимо от величины давления или температуры, оказываемой на газы.