Den indre struktur af de ydre planeter i solsystemet er stadig et mysterium for astronomer. I tilfældet med Jupiter hjælper NASAs Juno-rumsonde med at løse dette mysterium. Og i det jordbaserede laboratorium har forskere fundet spor, der giver dig mulighed for at se dybt inde i iskæmperne Neptun og Uranus. Og det viste sig, at der kan være diamantregn der.
Et internationalt team af forskere var i stand til at vise, at carbonhydridforbindelser splittede inde i de gigantiske isplaneter - Neptun og Uranus. Dette gør kulstof til en "diamantregn".
Forskere ved Helmholtz Center i Dresden-Rossendorf (HZDR) var i samarbejde med deres tyske og amerikanske kolleger i stand til at vise, at "diamantregn" dannes inde i iskæmperne i vores solsystem. Ved hjælp af røntgenlasere med ultrahøj effekt og andre faciliteter på Stanford National Accelerator Laboratory (SLAC) i Californien blev der foretaget simuleringer af den indre struktur af giganter i rummet. Takket være dette var forskere i stand til for første gang i realtid at observere nedbrydningen af kulbrinter og omdannelsen af kulstof til diamant.
En solid kerne indpakket i tætte lag af "is" - sådan ser den indre struktur af planeterne Neptun og Uranus ud. Sådan rumis består primært af kulbrinter, vand og ammoniak. Og i meget lang tid har astrofysikere været tilbøjelige til at tro, at det ekstremt høje tryk, der hersker her på dybder på ca. 10 tusind kilometer, fører til nedbrydning af kulbrinter. I dette tilfælde dannes diamanter, som styrter længere ned i planetenes dybde.
”Indtil nu har ingen været i stand til at observere en sådan strålende nedbør i et direkte eksperiment,” siger Dr. Dominik Kraus fra HZDR. Men det var i dette, at han og den internationale forskergruppe ledet af ham lykkedes. "I løbet af vores forskning placerede vi en særlig form for plast - polystyren, der er baseret på en blanding af kulstof og brint, under forhold, der ligner dem, der findes i Neptun og Uranus."
For at opnå den ønskede effekt sendte de to stødbølger gennem prøverne, begejstrede af ekstremt kraftige optiske lasere i kombination med en SLAC-røntgenkilde kaldet Linear Coherent Light Source (LCLS). Som et resultat blev plasten komprimeret under et tryk på ca. 150 Gigapascal ved en temperatur på ca. 5.000 grader Celsius.”Den første, svagere og langsommere bølge blev overhalet af den mere kraftfulde anden bølge,” forklarer Kraus. "Og det er i det øjeblik, hvor begge bølger krydser hinanden, at de fleste diamanter dannes."
Da dette kun varer en brøkdel af et sekund, brugte forskerne højhastigheds røntgendefraktion, hvilket gav dem et øjebliksbillede af diamantdannelse og kemiske processer. "Eksperimenter viser, at næsten alle kulstofatomer kombineres i nanostørrede diamantstrukturer," opsummerer videnskabsmanden fra Dresden. Baseret på resultaterne antyder forfatterne af undersøgelsen, at diamanter på Neptun og Uranus danner betydeligt større strukturer og langsomt bosætter sig i planetens kerne gennem tusinder og millioner af år.
"Fra de eksperimentelle data, vi har modtaget, kan vi også hente information, der giver os mulighed for bedre at forstå strukturen af exoplaneter," siger Kraus om udsigterne. For sådanne rumkæmper uden for solsystemet kan forskere kun måle to parametre: massen, der bestemmes ud fra deres svingninger i deres moderstjerne, og den radius, som astronomer udleder af den dæmpning, der opstår, når planeten passerer foran stjerneskiven. Forholdet mellem de to værdier giver dig mulighed for at få de indledende data om den kemiske struktur, for eksempel om planeten består af lette eller tunge grundstoffer.
Salgsfremmende video:
”Og de kemiske processer inde i planeterne fortæller os aspekter, der gør det muligt for os at drage konklusioner om de grundlæggende egenskaber ved disse himmellegemer,” fortsætter Kraus.”Takket være dette kan vi forbedre og forbedre de planetariske modeller, der allerede findes inden for videnskab. Undersøgelser viser, at modellering endnu ikke kan betragtes som en særlig nøjagtig metode."
Men sammen med astrofysisk viden kan eksperimenter også have praktisk værdi. For eksempel kan nanodiamanter dannet under eksperimenter bruges til elektroniske instrumenter og i medicinsk teknologi såvel som skærematerialer i industriel produktion. Indtil videre er kunstige diamanter fremstillet ved hjælp af eksplosioner. Men at gøre dem ved hjælp af laserteknologi vil gøre sådan produktion renere og mere kontrolleret.
Forskerne skrev om resultaterne af forskningen i en artikel offentliggjort i tidsskriftet Nature Astronomy.