科学家:海王星和天王星上正在下钻石雨

Mr.C 来源:互联网 阅读(44)

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  跨越木星和土星,我们在太阳系最神秘的两个地方—天王星和海王星上—发现了大量的钻石,它们可能正在下着钻石雨。

  研究人员利用斯坦福大学的直线加速器相干光源,借助于全世界最亮的x射线源之一,在实验室里证明了这两个冰巨星的深度非常适合钻石的形成。

科学家:海王星和天王星上正在下钻石雨

  对此科学家们非常兴奋,因为这是第一次在类似于冰巨星大气层底部的实验室环境中,重现这种效应。长期以来,科学家一直都在探索冰巨星大气层中大量的氢气、氦气和甲烷(这些化学物质赋予了行星独特的蓝色外表)的影响,以及它们是否是形成钻石的理想条件。

科学家:海王星和天王星上正在下钻石雨

  “这种(条件)将会在这些天体中产生钻石沉淀。”位于德勒斯顿的helmholtz - zentrum Dresden –rossendorf研究中心的研究人员,同时也是文章作者的Dominik Kraus在一封电子邮件中告诉Gizmodo,“这意味着并不一定需要一个纯的钻石核心,但无疑有一个巨大的环绕在岩石核外的钻石环,这些岩石核应该存在于海王星和天王星内部。”

科学家:海王星和天王星上正在下钻石雨

  对于在木星和土星上,目前的观点是这样的:当风暴穿过甲烷分子云层时,雷击会导致碳原子从化学键上解离下来。当它们在空中聚集时,就会得到烟灰云,接着再下沉到低层大气中,并受到越来越大的压力。压力挤压碳原子变成了石墨,然后又变成了钻石。同时碳原子也受地心引力的影响,所以它真的会像“钻石雨”一样落在星球的中部。

科学家:海王星和天王星上正在下钻石雨

  在天王星和海王星上,可能存在这样一个云层,在那里形成了大量的热甲烷,然后甲烷在高压环境中被分离,所形成的碳原子接着被挤压形成了钻石。

  但实际上直到现在,我们从来还没有在实验室里重塑这些条件。

  借助于一种叫the Matter in Extreme Condition的仪器,科学家们用能够产生高达150吉帕压力的激光照射薄薄的聚苯乙烯片。激光将材料加热到约6000开尔文,这个温度非常高,但还不足以熔化钻石。由于聚苯乙烯是一种碳氢化合物,它很快就分解成了其组成的氢原子和碳原子,然后便被压缩。在非常短的时间内,就导致了纳米钻石的形成。

  由于科学家现在能够重现一种类似于海王星和天王星内部10000公里处的环境,所以进一步的研究便可向我们揭示,除了钻石沉淀之外是否有更稳定的形式可供选择。

  “如果温度高到足以接近核心的温度(一些计算如此预测),也有可能是‘液态碳’,且有巨大的‘钻石冰山’在其之上游动,”Kraus说道。“但大多数理论认为钻石仍将保持固态,至少在海王星和天王星内是这样的,但对于一些系外行星来说,情况或许会不同。”

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  实际上很难用激光脉冲实时测验形成了何种东西,这就是为什么要使用超亮x射线的原因。你可以把它想象成一个超亮且极短的—只有50飞秒—相机闪光灯。

  “我们只能在1纳秒内制造这种独特的状态,在此期间,我们还需要足够的x射线来探测它,”Kraus说道。“然后我们做了简单的x射线衍射(这种方法几乎能够识别每个晶体的结构),出乎意料地得到了一个清晰的钻石信号。”

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  之前的实验从未真正提供这一过程的直接证据,或者一般从压缩碳、钻石砧的方法得出的结果还不够清楚。“钻石压砧实验的问题在于,很难区分两种钻石碎片,一种是从碳氢化合物得到的微小钻石碎片,另一种是来自于比较巨大钻石砧本身的钻石碎片,”Kraus说。