Ali je diamant dež na Neptunu in Uranu?
"Diamanti so večni, " je običajen izraz, ki namiguje na skrajno vrednost diamantov, ki so med najredkejšo snovjo, naravno najdeno na zemlji. Diamanti so tudi ena od najbolj cenjenih snovi na Zemlji, deloma zaradi redkih pojavov in delno zaradi številnih aplikacij, ki jih ima mineral. Kot najtežja naravna snov na zemlji, so diamanti ključna sestavina pri izdelavi vrtalnih predmetov. Glede na to, da imajo diamanti visoke vrednosti, je skoraj nepredstavljivo, da na Uranu in Neptunu diamanti sploh niso redki zaradi dežja iz oblakov. Čeprav takšen scenarij zveni kot scenarij iz znanstvenofantastičnega filma, so znanstveniki potrdili, da diamanti res padejo z neba na dva planeta. Nedavno poročilo, objavljeno v Nature Astrophysics, navaja, da so raziskovalci v Nacionalnem laboratoriju za pospeševanje SLAC lahko oblikovali mikroskopske diamante iz kosa plastike, potem ko so ponovno ustvarili ekstremne razmere v plašču dveh ledenih velikanov.
Eksperiment
Čeprav se čudna (ali čudovita) narava prostora preučuje že vrsto let, je teorija o dežju na Neptunu in Uranu polarizirala med astrofiziki, nekateri znanstveniki pa diskreditirajo teorijo. Zagovorniki teorije niso predložili prepričljivih dejstev. Vsi eksperimenti, ki so bili izvedeni v podporo teoriji, niso dali zahtevanih rezultatov, saj raziskovalci niso mogli ustvariti ekstremnih pogojev, ki so prisotni v plaščih Urana in Neptuna, ki so bili potrebni za oblikovanje diamantov, kjer so temperature dosegle 5000 kelvinov, medtem ko je tlak presegel 700 gigapaskalov. To je bilo do nedavnega, ko so raziskovalci v Nacionalnem laboratoriju za pospeševanje SLAC uspeli posnemati ekstremne pritiske in temperature ledenih velikanov z uporabo visoko zmogljivega optičnega laserja in laserskega rentgenskega spektra za pošiljanje rentgenskih pulzov. pri ultra hitrih hitrostih skozi obliko plastike, polistirena. Polistiren je ogljikovodik, ki ga sestavljajo atomi vodika in ogljika ter ima strukturo, ki je zelo podobna strukturi metana, ki je prisoten v ogromnih ledenih planetih. Raziskovalci so bili navdušeni, ko so videli mikroskopske diamante, ki so nastali po pošiljanju prvega in drugega rentgenskega šoka skozi polistiren. Raziskovalci so uporabili Linac Coherent Light Source, da oddajajo ultra hitre rentgenske pulze, ki trajajo manj kot nanosekundo (trajajo femtosekundo) in so kritični pri snemanju procesa, ki se dogaja v enako kratkem času. Študija je bila kasneje objavljena v izdaji časopisa Nature Astrophysics in je astrofizični svet poslala v blaznost.
Pogoji na Uranu in Neptunu
Uran in Neptun sta bila uvrščena med ledene velikane in ne plinske velikane, kot so mislili. Oba planeta sta edina dva ledena velikana v sončnem sistemu in sta zato zelo podobna po velikosti, videzu in sestavi. Uran je tretji največji planet v sončnem sistemu, medtem ko je Neptun četrti največji planet sončnega sistema. Ker sta ta dva planeta v glavnem sestavljena iz plinov, sta tudi med najmanj gostimi planeti v sončnem sistemu. Oba planeta izgledata modro, Neptun ima temnejši odtenek modrega od Urana. Atmosfera obeh planetov je zelo debela; segajo 17, 2 milje na Uran in 12, 2 milje na Neptunu in sta si po sestavi podobni; sestavljeni iz plinov vodika, metana in helija. Na obeh ledenih velikanih so plašči sestavljeni iz ledu, vključno z metanom, vodo in amoniakom. Razmere na dveh planetih ležijo v skrajnostih in se povečujejo v intenzivnosti bližje jedrom. V Neptunu se zdi, da je atmosferski tlak pod spodnjimi oblaki kar deset gigapaskalov in se poveča na približno 700 gigapaskalov na jedru planeta, pri čemer so temperature višje od 5.400 K.
Pritiski, ki so jih doživeli v jedru Urana, so ocenjeni na 800 gigapaskalov, medtem ko naj bi temperature znašale do 5000 K. Znanstveniki verjamejo, da so pogoji na plašču dveh planetov idealni za razgradnjo metana, ločevanje atomov vodika od ogljika. atomov in navsezadnje nastanek diamantov, ki dežujejo na jedra planetov.
Prvi študij
Obstoj diamantov v ogromnih ledenih planetih sončnega sistema je najprej predlagal Marvin Ross, ugledni učenjak, ki je leta 1981 napisal članek z naslovom „Ledena plast v Uranu in Neptunu - diamanti na nebu?“ izjavil je, da je notranjost dveh ledenih velikanov sestavljena iz ogromnih količin diamantov. Marvin Ross je trdil, da ogromen atmosferski pritisk, ki je prisoten v notranjosti planetov, v kombinaciji z ekstremnimi temperaturami sprosti atome ogljika iz atomov vodika, kar vodi do nastajanja diamantov. Marvin je utemeljil svoj argument na poskusu, ki je vključeval plin metan v postopku kompresije udarnega vala. Drugi naknadni poskusi, ki so jih izvedli drugi ugledni znanstveniki, kot je Sandro Scandolo, so potrdili, da bi se pri velikem pritisku plin iz metana lahko preoblikoval v ogljikovodike, pri čemer bi bil nastavljeni tlak vsaj 300 gigapaskalov. Znanstveniki na univerzi v Berkeleyju, ki so uporabili diamantno nakovalno celico, so lahko dosegli rezultat pri temperaturah 2500 kelvinov in pritiske 50 gigapaskalov.
Te ekstremne temperature in tlak so enakovredne pogojem pod oblaki v Neptunu. Znanstveniki v Geofizičnem laboratoriju so izvedli še en poskus, v katerem so lahko destabilizirali kemično sestavo metana pri temperaturi 2000 kelvinov in pritisku 7 gigapaskalov. Vendar pa vsi poskusi niso privedli do nastanka diamantov, saj je obstoječa tehnologija omejila nivoje pritiska in dosežene temperature, kar je znanstvenikom preprečilo, da bi ponovno ustvarili razmere, ki so prisotne v notranjosti dveh planetov ledenih velikanov. Nekateri znanstveniki pa so bili skeptični glede teorije o obstoju diamantov v Uranu in Neptunu, pri čemer navajajo, da bi prisotnost vodika in vode, ki se mešata z metanskim plinom v atmosferah planetov, ogrozila kemijske reakcije. Drugi so trdili, da koncentracija ogljika v dveh ledenih velikanih ni bila dovolj visoka, da bi omogočila nastanek diamantov, ne glede na količino tlaka ali temperature, ki se je pojavila na pline.
