Вътрешната структура на външните планети на Слънчевата система все още е загадка за астрономите. В случая с Юпитер космическата сонда на НАСА Juno помага да се разгадае тази загадка. А в земната лаборатория изследователите са открили улики, които ви позволяват да погледнете дълбоко в ледените гиганти Нептун и Уран. И се оказа, че там може да има диамантени дъждове.
Международен екип от изследователи успя да покаже, че въглеводородните съединения се разделят в гигантските ледени планети - Нептун и Уран. Това превръща въглерода в „диамантен дъжд“.
Учените от центъра на Хелмхолц в Дрезден-Росендорф (HZDR), в сътрудничество с техните германски и американски колеги, успяха да покажат, че вътре в ледените гиганти на нашата Слънчева система се образуват „диамантени дъждове“. С помощта на ултрамощни рентгенови лазери и други съоръжения в Станфордската национална лаборатория за ускорители (SLAC) в Калифорния те симулираха вътрешната структура на космическите гиганти. Благодарение на това учените успяха за първи път в реално време да наблюдават разлагането на въглеводородите и превръщането на въглерода в диамант.
Твърдо ядро, обвито в плътни слоеве "лед" - така изглежда вътрешната структура на планетите Нептун и Уран. Такъв космически лед е съставен предимно от въглеводороди, вода и амоняк. И от много дълго време астрофизиците са склонни да мислят, че изключително високото налягане, което преобладава тук на дълбочина от около 10 хиляди километра, води до разлагане на въглеводородите. В този случай се образуват диаманти, които потъват по-нататък в дълбините на планетите.
„Досега никой не е успял да наблюдава толкова блестящи валежи при директен експеримент,“казва д-р Доминик Краус от HZDR. Но именно в това той и международната група изследователи, водени от него, успяха. „В хода на нашето изследване ние поставихме специална форма на пластмаса - полистирол, основана на смес от въглерод и водород - в условия, подобни на тези, открити в Нептун и Уран.“
За да постигнат желания ефект, те изпратиха две ударни вълни през пробите, възбудени от изключително мощни оптични лазери в комбинация с рентгенов източник SLAC, наречен Linear Coherent Light Source (LCLS). В резултат на това пластмасата се компресира под налягане от около 150 гигапаскала при температура от около 5000 градуса по Целзий. „Първата, по-слаба и по-бавна вълна беше изпреварена от по-мощната втора вълна“, обяснява Краус. "И точно в момента, когато и двете вълни се пресичат, се образуват повечето диаманти."
Тъй като това трае само частица от секундата, изследователите са използвали високоскоростна рентгенова дефракция, която им е предоставила моментна снимка на образуването на диаманти и химичните процеси. „Експериментите показват, че почти всички въглеродни атоми се комбинират, за да образуват диамантени структури с размер нанометър“, обобщава ученият от Дрезден. Въз основа на резултатите авторите на изследването предполагат, че диамантите на Нептун и Уран образуват значително по-големи структури и бавно се установяват в ядрото на планетата в продължение на хиляди и милиони години.
„От експерименталните данни, които получихме, можем също да извлечем информация, която ще ни позволи да разберем по-добре структурата на екзопланетите“, казва Краус за перспективите. За такива космически гиганти извън Слънчевата система изследователите могат да измерват само два параметъра: масата, която се определя от позиционните трептения на тяхната родителска звезда, и радиусът, който астрономите произтичат от затъмняването, което се случва, когато планетата преминава пред звездния диск. Връзката между двете стойности ви позволява да получите първоначалните данни за химическата структура, например дали планетата се състои от леки или тежки елементи.
Промоционално видео:
„И химическите процеси вътре в планетите ни казват аспекти, които ни позволяват да направим изводи за основните свойства на тези небесни тела“, продължава Краус. „Благодарение на това можем да подобрим и подобрим планетарните модели, които вече съществуват в науката. Проучванията показват, че моделирането все още не може да се счита за особено точен метод."
Но заедно с астрофизическите знания, експериментите могат да имат и практическа стойност. Така например, нанодиамантите, образувани по време на експерименти, могат да се използват за електронни инструменти и в медицинските технологии, както и за рязане на материали в индустриалното производство. Засега изкуствените диаманти се правят с помощта на експлозии. Но използването им с помощта на лазерна технология ще направи такова производство по-чисто и по-контролирано.
Учените пишат за резултатите от изследването в статия, публикувана в списанието Nature Astronomy.