最新实验表明：海王星和天王星内部存在钻石雨

发表于 5年以前 | 总阅读数：626 次

据国外媒体报道，在海王星和天王星的太空深处，可能正在下着钻石雨。目前，科学家已经提出最新实验证据，证实钻石雨是如何实现的。

最新实验使用美国斯坦福国家加速器实验室的直线加速器相干光源（LCLS）X射线激光，对这种“钻石雨”过程如何发生进行精确测量，并发现碳会直接转变成水晶钻石。

等离子体物理学家迈克·邓恩解释称，这项研究提供了关于一种非常难以模拟计算的数据：两种元素“溶混性”或者它们在混合时如何结合，我们观察到了两种成分是如何分离的，就像沙拉酱再次分离为油和醋一样。

海王星和天王星是太阳系中最不为人知的行星，它们的距离非常遥远，令人望而却步，迄今只有太空探测器“旅行者2号”曾接近它们，而且仅是短暂时间飞越，不是执行长期任务。

事实上，类似海王星和天王星这样的冰巨星在银河系中非常普遍，依据美国宇航局观测数据，银河系内此类冰巨星比类木星多10倍。

因此，理解太阳系的冰巨星对于分析行星在星系中如何进化演变至关重要，为了更好地理解它们，我们需要知道在宁静的蓝色外壳之下究竟发生了什么。

我们知道海王星和天王星的大气主要是由氢和氦组成，还有少量甲烷，在这些大气层之下，一种由水、甲烷和氨等“冰物质”构成的超热、超密度流体包裹在行星内核周围。

几十年前的计算实验表明，在足够的压力温度条件下，甲烷可以分解成钻石，这表明在这种高温、致密物质中可以形成钻石。

之前德国物理学家多米尼克·克劳斯在美国斯坦福直线加速器中心进行实验，使用X射线衍射证实该实验结论。目前，克劳斯和同事将他们的研究向前推进了一步。

克劳斯说：“我们现在拥有一个基于X射线衍射的非常有前景的新方法，我们的实验提供了重要模型参数，在此之前的实验中存在诸多不确定性，随着近年我们发现的系外行星越来越多，这一点就变得不重要了。”

在实验室复制巨行星内部结构是一项挑战，研究人员需要一些精密设备，例如：直线加速器相干光源，同时，还需要一种物质来复制巨行星内部，为此，研究小组使用碳氢聚苯乙烯（C8H8）代替甲烷（CH4）。

实验第一步是对材料进行加热加压，从而复制海王星地下1万公里处的内部环境：光学激光脉冲在碳氢聚苯乙烯中产生冲击波，使材料加热至大约4727摄氏度，从而形成强大压力。

克劳斯说：“我们在实验室制造了15万兆帕的压力，这相当于将250头非洲大象的重量放置在拇指甲上产生的压力。”

在之前的实验中，我们使用X射线衍射来探测材料，这对晶体结构的材料非常有效，但对非晶体分子就不那么有效，所以形成的图像并不完整。目前，在最新实验中，研究小组使用了另一种方法，能够测量X射线是如何散射聚苯乙烯中的电子。

这不仅能让他们观察到碳转化为钻石的过程，还能观察到样本的其他部分发生了什么——它分裂成氢，几乎没有剩余的碳。

克劳斯说：“目前在冰巨星的实例中，我们知道碳在分离时几乎完全形成了钻石，而且没有流体过渡的形式。”

这是非常重要的，因为海王星存在一些非常奇特的现象，它的内部温度远高于应有温度，事实上它释放的能量是吸收太阳能量的2.6倍。

如果是钻石，它将比周围的物质密度更大，这些钻石以微粒形式像雨点一样降落至行星内部，它们可能释放重力能量，将其转化为钻石和周边物质摩擦产生的热量。

这项实验表明，我们不需要另一种解释，至少现在还不需要，同时，该研究证实一种可以“探测”太阳系其他行星内部结构的方法。

克劳斯说：“这项技术帮助我们完成有趣的实验过程，否则我们很难发现巨行星的内部结构机制。例如：我们能够洞察木星、土星这样气态巨行星内部的氢和氦，它们如何在极端条件下混合和分离。这是研究行星和行星系进化史的一种新方法，同时也为未来研究聚变产生能量提供实验依据。”目前，这项最新研究报告发表在近期出版的《自然通讯》杂志上