Diamentowy deszcz to zjawisko, którego występowanie przewiduje się na lodowych olbrzymach Układu Słonecznego, lecz do tej pory były to tylko domysły naukowców. Teraz po raz pierwszy udało się zasymulować proces tego typu w laboratorium.

Tysiące kilometrów pod powierzchnią planet występują niezwykłe warunki. Naukowcy przewidują, że pod olbrzymim ciśnieniem panującym we wnętrzach lodowych olbrzymów, takich jak Uran i Neptun, węgiel jest ściskany na tyle mocno, że przybiera formę diamentów. Wyniki badań sprzed 30 lat wskazują na to, że te diamenty z czasem opadałyby poprzez niższe warstwy lodowego olbrzyma. To hipotetyczne zjawisko ochrzczono mianem „diamentowego deszczu”, który ostatecznie osiadałby wokół jądra planety.

Do tej pory naukowcy nie mogli potwierdzić, w jaki sposób, kiedy i czy w ogóle takie zjawisko rzeczywiście mogłoby zachodzić wewnątrz najdalszych planet Układu Słonecznego. Aby to sprawdzić, w najnowszych badaniach zasymulowali panujące tam warunki. W tym celu użyli mocnego lasera, za pomocą którego wytworzyli fale uderzeniowe w polistyrenie. Materiał ten miał symulować występujące w atmosferze lodowych olbrzymów związki – węglowodory. Naukowcy sądzą, że przy tak wysokiej temperaturze i ciśnieniu to właśnie z węglowodorów mogłyby tworzyć się diamenty.

Metan to węglowodór, który nadaje Neptunowi błękitną barwę.

W doświadczeniu generowane były pary fal uderzeniowych, z których druga była szybsza od pierwszej. Gdy fale te nakładały się na siebie, w temperaturze około 4725 stopni Celsjusza i przy ciśnieniu prawie 1,5 miliona razy większym niż ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza, w materiale formowały się diamenty. Takie wartości temperatury i ciśnienia według naukowców odpowiadają warunkom panującym około 10 tysięcy kilometrów pod powierzchnią Urana czy Neptuna (dla porównania promienie Urana i Neptuna to około 25 tysięcy kilometrów).

Wynik eksperymentu był dla badaczy zaskakujący; nie spodziewali się oni tak spektakularnych efektów. Za pomocą promieni X mogli lepiej przyjrzeć się uformowanym diamentom – ich składowi chemicznemu oraz strukturze. Diamenty uzyskane w eksperymencie miały rozmiary sięgające kilku nanometrów. Badacze sugerują jednak, że wewnątrz lodowych olbrzymów w takich procesach mogłyby powstawać diamenty o masie nawet milionów karatów. Nie przypominałyby one jednak oszlifowanych brylantów, lecz byłyby to diamenty o kulistym kształcie z licznymi domieszkami.

Naukowcy przewidują, że z upływem tysięcy lat wytworzone diamenty opadałyby poprzez wewnętrzne warstwy planet i osiadały grubą warstwą wokół ich jądra, jednak różne modele przewidują odmienne dalsze losy takiej warstwy. Niektóre z nich wskazują na to, że temperatura byłaby wystarczająco wysoka, aby diamenty się stopiły, tworząc podziemne oceany płynnego węgla, być może z wielkimi diamentowymi górami na ich powierzchni. Taki model mógłby po części wyjaśnić nietypowe pola magnetyczne Urana i Neptuna. Większość modeli jednak przewiduje, że węgiel zgromadzony wokół jądra planet pozostałby w stanie stałym.

Co więcej, w trakcie opadania diamentów wydzielane byłoby ciepło. Byłby to proces porównywalny do meteorów przelatujących przez ziemską atmosferę. Takie zjawisko z kolei mogłoby tłumaczyć rzeczywistą temperaturę Neptuna, która jest wyższa niż przewidywana.

Badacze dodają, że ich metoda mogłaby z czasem posłużyć do wytwarzania nanodiamentów również w komercyjnych celach. Wymagałoby to jednak jeszcze trochę pracy – diamenty wytworzone za pomocą laserów zostały przy tym przyspieszone do bardzo dużych prędkości. Teraz należałoby je wyhamować w łagodny sposób.

Autor

Katarzyna Mikulska
Katarzyna Mikulska

Związana z Klubem Astronomicznym Almukantarat, prowadząca serię „W kosmicznym obiektywie”.