Den indre strukturen til de ytre planetene i solsystemet er fortsatt et mysterium for astronomer. I tilfelle av Jupiter, hjelper NASAs Juno romføler til å løse dette mysteriet. Og i det jordbaserte laboratoriet har forskere funnet ledetråder som lar deg se dypt inne i iskjempene Neptun og Uranus. Og det viste seg at det kan være diamantregn der.
Et internasjonalt forskerteam var i stand til å vise at hydrokarbonforbindelser splittes inne i de gigantiske isplanetene - Neptun og Uranus. Dette gjør karbonet til et "diamantregn".
Forskere ved Helmholtz-senteret i Dresden-Rossendorf (HZDR), i samarbeid med sine tyske og amerikanske kolleger, var i stand til å vise at "diamantregn" dannes inne i iskjempene i solsystemet vårt. Ved hjelp av ekstremt kraftige røntgenlasere og andre fasiliteter ved Stanford National Accelerator Laboratory (SLAC) i California ble romgigantens interne strukturer simulert. Takket være dette klarte forskere for første gang i sanntid å observere nedbrytningen av hydrokarboner og transformasjonen av karbon til diamant.
En solid kjerne innpakket i tette lag med "is" - slik ser den indre strukturen til planetene Neptun og Uranus ut. Slik romis består hovedsakelig av hydrokarboner, vann og ammoniakk. Og i veldig lang tid har astrofysikere vært tilbøyelige til å tro at det ekstremt høye trykket, som hersker her på omtrent 10 tusen kilometer dyp, fører til nedbrytning av hydrokarboner. I dette tilfellet dannes diamanter som stuper lenger ned i dybden av planetene.
"Til nå har ingen vært i stand til å observere en så strålende nedbør i et direkte eksperiment," sier Dr. Dominik Kraus fra HZDR. Men det var i dette han og den internasjonale forskergruppen ledet av ham lyktes. "I løpet av vår forskning plasserte vi en spesiell form for plast, polystyren, som er basert på en blanding av karbon og hydrogen, under forhold som de som finnes i Neptun og Uranus."
For å oppnå ønsket effekt sendte de to sjokkbølger gjennom prøvene, begeistret av ekstremt kraftige optiske lasere i kombinasjon med en SLAC-røntgenkilde kalt Linear Coherent Light Source (LCLS). Som et resultat ble plasten komprimert under et trykk på ca. 150 Gigapascal ved en temperatur på ca. 5000 grader Celsius. "Den første, svakere og langsommere bølgen ble forbigått av den kraftigere andrebølgen," forklarer Kraus. "Og det er akkurat da begge bølgene krysser at de fleste diamanter dannes."
Siden dette bare varer et brøkdel av et sekund, brukte forskerne høyhastighets røntgendefraksjon, som ga dem et øyeblikksbilde av diamantdannelse og kjemiske prosesser. "Eksperimenter viser at nesten alle karbonatomer kombineres for å danne diamantstrukturer i nanometerstørrelse," oppsummerer forskeren fra Dresden. Basert på resultatene antyder forfatterne av studien at diamanter på Neptun og Uranus danner betydelig større strukturer og sakte legger seg i kjernen av planeten i tusenvis og millioner av år.
"Fra de eksperimentelle dataene vi har mottatt, kan vi også hente informasjon som gjør at vi bedre kan forstå strukturen til eksoplaneter," sier Kraus om potensielle kunder. For slike romkjemper utenfor solsystemet kan forskere bare måle to parametere: massen, som bestemmes ut fra posisjonssvingningene til deres foreldrestjerne, og radiusen, som astronomer får fra dimningen som oppstår når planeten passerer foran stjerneskiven. Forholdet mellom de to verdiene lar deg få de første dataene om den kjemiske strukturen, for eksempel om planeten består av lette eller tunge elementer.
Kampanjevideo:
"Og de kjemiske prosessene inne i planetene forteller oss aspekter som lar oss trekke konklusjoner om de grunnleggende egenskapene til disse himmellegemene," fortsetter Kraus. “Takket være dette kan vi forbedre og forbedre de planetariske modellene som allerede finnes i vitenskapen. Studier viser at modellering ennå ikke kan betraktes som en spesielt nøyaktig metode."
Men sammen med astrofysisk kunnskap kan eksperimenter også ha praktisk verdi. For eksempel kan nanodiamanter dannet under eksperimenter brukes til elektroniske instrumenter og innen medisinsk teknologi, samt skjære materialer i industriell produksjon. Så langt er kunstige diamanter laget ved hjelp av eksplosjoner. Men å gjøre dem ved hjelp av laserteknologi vil gjøre en slik produksjon renere og mer kontrollert.
Forskerne skrev om resultatene av forskningen i en artikkel publisert i tidsskriftet Nature Astronomy.
