Structura internă a planetelor exterioare ale sistemului solar este încă un mister pentru astronomi. În cazul lui Jupiter, sonda spațială Juno a NASA ajută la rezolvarea acestui mister. Și în laboratorul terestru, cercetătorii au găsit indicii care vă permit să priviți adânc în interiorul giganților de gheață Neptun și Uranus. Și s-a dovedit că acolo pot fi ploi de diamante.
O echipă internațională de cercetători a reușit să arate că compușii hidrocarburilor se despart în interiorul planetelor uriașe de gheață - Neptun și Uranus. Aceasta transformă carbonul într-o „ploaie de diamante”.
Oamenii de știință de la Centrul Helmholtz din Dresda-Rossendorf (HZDR), în colaborare cu colegii lor germani și americani, au reușit să arate că „ploile de diamant” se formează în interiorul giganților de gheață ai sistemului nostru solar. Cu ajutorul laserelor cu raze X de mare putere și a altor facilități de la Stanford National Accelerator Laboratory (SLAC) din California, au fost simulate structurile interne ale giganților spațiali. Datorită acestui fapt, oamenii de știință au putut pentru prima dată în timp real să observe descompunerea hidrocarburilor și transformarea carbonului în diamant.
Un miez solid, înfășurat în straturi dense de „gheață” - așa arată structura internă a planetelor Neptun și Uranus. O astfel de gheață spațială este compusă în principal din hidrocarburi, apă și amoniac. Și de foarte mult timp, astrofizicienii au fost înclinați să creadă că presiunea extrem de ridicată, care prevalează aici la adâncimi de aproximativ 10 mii de kilometri, duce la descompunerea hidrocarburilor. În acest caz, se formează diamante, care se aruncă mai departe în adâncurile planetelor.
„Până acum, nimeni nu a putut observa precipitații atât de strălucitoare într-un experiment direct”, spune dr. Dominik Kraus de la HZDR. Dar tocmai în acest sens au reușit el și grupul internațional de cercetători condus de el. "În cursul cercetării noastre, am plasat o formă specială de plastic - polistiren, care se bazează pe un amestec de carbon și hidrogen, în condiții similare cu cele existente în interiorul Neptunului și Uranusului."
Pentru a obține efectul dorit, au trimis două unde de șoc prin probe, excitate de lasere optice extrem de puternice în combinație cu o sursă de raze X SLAC numită Sursă de lumină coerentă liniară (LCLS). Ca rezultat, plasticul a fost comprimat la o presiune de aproximativ 150 gigapascali la o temperatură de aproximativ 5.000 grade Celsius. „Primul val mai slab și mai lent a fost depășit de cel de-al doilea val mai puternic”, explică Kraus. „Și chiar în momentul în care ambele valuri se intersectează se formează cele mai multe diamante.”
Deoarece aceasta durează doar o fracțiune de secundă, cercetătorii au folosit defracția cu raze X de mare viteză, care le-a oferit un instantaneu al formării diamantelor și al proceselor chimice. „Experimentele arată că aproape toți atomii de carbon se combină pentru a forma structuri de diamant de dimensiuni nanometrice”, rezumă omul de știință din Dresda. Pe baza rezultatelor, autorii studiului sugerează că diamantele de pe Neptun și Uranus formează structuri semnificativ mai mari și se instalează încet în miezul planetei de-a lungul a mii și milioane de ani.
„Din datele experimentale pe care le-am primit, putem extrage și informații care ne vor permite să înțelegem mai bine structura exoplanetelor”, spune Kraus despre potențiali. Pentru astfel de giganți spațiali în afara sistemului solar, cercetătorii pot măsura doar doi parametri: masa, care este determinată din oscilațiile poziționale ale stelei părinte, și raza, pe care astronomii o derivă din estomparea care are loc atunci când planeta tranzitează în fața discului stelar. Relația dintre cele două valori vă permite să obțineți datele inițiale despre structura chimică, de exemplu, dacă planeta este formată din elemente ușoare sau grele.
Video promotional:
„Și procesele chimice din interiorul planetelor ne spun aspecte care ne permit să tragem concluzii despre proprietățile de bază ale acestor corpuri cerești”, continuă Kraus. „Datorită acestui fapt, putem îmbunătăți și îmbunătăți modelele planetare deja existente în știință. Studiile arată că modelarea nu este încă o metodă deosebit de precisă."
Dar, alături de cunoștințele astrofizice, experimentele pot avea și valoare practică. De exemplu, nanodiamantele formate în timpul experimentelor pot fi utilizate pentru instrumente electronice și în tehnologia medicală, precum și pentru tăierea materialelor în producția industrială. Până în prezent, diamantele artificiale sunt realizate folosind explozii. Dar, făcându-le folosind tehnologia laser, această producție va fi mai curată și mai controlată.
Oamenii de știință au scris despre rezultatele cercetării într-un articol publicat în revista Nature Astronomy.
