Наука

Експеримент симулира диамантените дъждове на Уран и Нептун

Експеримент симулира диамантените дъждове на Уран и Нептун

От много години знаем, че в дълбините на Уран и Нептун вероятно протича едно забележително явление – дъжд от диаманти. Причина за това са екстремните условия във вътрешността на двете най-отдалечени от Слънцето планети. Поради много високите температура и налягане, въглеводородните съединения се разпадат, като един от продуктите на това е въглерод. Теорията на учените е, че тези условията са подходящи въглеродът да бъде в състояние на диамант. Това се потвърждава и от ново научно изследване, което експериментално показва как се протича този процес. За MediaBricks.bg астрофизикът Никола Каравасилев обясни повече за бурните процеси в Уран и Нептун, които създават дъжд от диаманти и какви предизвикателства стоят пред науката в тяхното изучаване.

Уран и Нептун са двете най-отдалечени от Слънцето планети – те са ледени и неособено добре изучени светове. Атмосферите и на двете планети са съставени почти само от водород, хелий и метан, а също така имат много близки размери и вътрешен строеж. Поради тези сходства често астрономите ги наричат „близнаците“, но приликите между тях дори не свършват до тук. Друг признак, по който Уран и Нептун изключително много си приличат, е цветът на повърхността им. Обикновено на всички снимки Уран се изобразява като синьо-зелен, а Нептун – тъмносин. Истинната обаче е, че техните истински цветове са толкова близки, че те почти не могат да бъдат различени от човешкото око.

Експеримент симулира диамантените дъждове на Уран и Нептун

До този момент Уран и Нептун са посетени само от една-единствена космическа мисия Voyager 2 и за това за тях се знае сравнително малко.

Дълбоко под повърхността си всяка една от тези планети се крие много плътен и „леден“ флуид, намиращ се под много голямо налягане и висока температура. Това е и причината, поради която ги наричаме ледени гиганти.

Експеримент симулира диамантените дъждове на Уран и Нептун

Поради много високите температура и налягане, въглеводородните съединения се разпадат, а един от продуктите на това е химическият елемент въглерод. А въглеродът е сред най-важните за нас елементи, защото на него се базира животът на Земята. Две от алотропните форми на въглерода са графит и диамант. На пръв поглед, това са две абсолютно различни вещества. Графитът е с тъмен цвят, мазна повърхност и лесно оставя следа при контакт с твърда повърхност. В същото време, диамантът е прозрачен кристал и има много висока твърдост. Тази голяма разлика в техните свойства се дължи изцяло на различния начин, по който са подредени атомите в тях. Осъзнавайки този факт, хората често си задават въпроса: можем ли да получим диамант от графит. Отговорът е Да! Важната подробност обаче е това, че графитът трябва да престои много дълго време под много високо налягане. Примерно няколко стотици хиляди години под налягане, което е милиони пъти по-голямо от това на нашата атмосфера. Следователно, това не е експеримент, който успешно можем да проведем вкъщи, използвайки кухненската си тенджера под налягане.

В недрата на Уран и Нептун условията са съвсем подходящи за това въглеродът да бъде в състояние на диамант. Хиляди километри под повърхността им налягането и температурата са достатъчни за това. Именно за това казваме, че там има възможност да валят диаманти.

Досега това бе само на теория и не бе правен експеримент, който да потвърди това явление.

Наскоро бе проведено научно изследване, което експериментално показа как това е възможно. За целта е бил използван инструментът LCLS в лабораторията SLAC (Stanford linear accelerator center), намиращ се в Менлоу парк,. Калифорния. LCLS (Linac Coherent Light Source) е мощен рентгенов лазер, работещ на дължина на вълната между 0.13 и 6.2 nm. С негова помощ могат да се произвеждат много кратковременни импулси (от порядъка на фемтосекунди).

Експеримент симулира диамантените дъждове на Уран и Нептун

Целта на този експеримент е била да се провери какъв е механизмът на отделяне на чистия въглерод от останалите съставки. За съжаление, това е процес, който е почти невъзможно да бъде симулиран числено, а трябва да бъде проверен експериментално. Учените, които са провели експеримента сравняват това с опит да се раздели майонеза на съставките й.

Те споделят, че за да проведат това изследване са били изправени пред няколко предизвикателства. Първото от тях е, че трябва да разполагат с вещество, подобно на това във вътрешността на двете планети, т.е. метан и въглеводородът полистирен. То трябва да се постави при сходни налягане и температура сходни с тези на около 10 000 km под повърхността.

За тази цел веществото се нагрява до 5000К и после се свива като това предизвиква разпространение на ударна вълна. Налягането в някои точки от плазмата достига до 1.5 милиона пъти повече от това на земната атмосфера. Следващата стъпка е веществото да се облъчи с кратък рентгенов импулс и след това да се изследва разсеяните лъчи. Един от водещите специалисти, участвали в експеримента, Доминик Краус, споделя, че това е нов подход, който позволява детайлно да се изследва преобразуването на въглерод в диамант, но и не само. С помощта на разсеяната „светлина“ е възможно да се изучат и страничните продукти, които се образуват при процеса. Това е важно, защото така можем да разберем механизма, по който се генерира собствената енергия на двата ледени гиганта. Такава със сигурност се отделя, защото измерванията показват, че Нептун излъчва колкото два пъти и половина повече енергия от тази, която получава от Слънцето! Затова е важно да се разбере какви процеси протичат в него максимално детайлно.

Краус споделя, че с този метод учените биха могли да изследват смесването и разделянето на водорода и хелия в двете планети. Това може да се окаже от съществено значение за разбирането на тяхната еволюция.

В заключение можем да кажем, че Уран и Нептун са слабо изучени, но със сигурност са много интересни планети. Те вероятно ще бъдат източник на много знания за екзопланетите, които се откриват, защото голяма част от тях са именно ледени гиганти.

Може да подкрепите MediaBricks.bg чрез платформата Patreon Become a Patron!