Kiša dijamanta u Neptunu i Uranu

Duboko u unutrašnjosti Neptuna i Urana mogla bi padati kiša dijamanata, prenosi ScienceAlert.

Ugljik izravno prelazi u dijamant

Znanstvenici su eksperimentima uspjeli doći do novih dokaza kojima pokazuju kako je ovaj fenomen moguć. 

Hipoteza kaže da intenzivna toplina i tlak tisućama kilometara ispod površine ovih "ledenih divova", kako se često nazivaju Neptun i Uran, mogu cijepati ugljikovodične spojeve. Tim procesom se ugljik kompresira u dijamant i tone niže prema jezgri planeta.

Novi eksperiment koristio se posebnim rendgenskim laserom pod nazivom Linac Coherent Light Source (LCLS) koji se upotrebljava pri SLAC Nacionalnom akceleratorskom laboratoriju u SAD-u.

LCLS je omogućio do sada najpreciznija mjerenja vezana uz pojavu i proces "kiše dijamanata". Iz eksperimenta se doznalo da ugljik izravno prelazi u dijamant.

O njima najmanje znamo 

"Ovo istraživanje donijelo je rezultate koje je jako teško modelirati na računalu. Primjerice, miješanje dvaju elemenata ili kako se kombiniraju kada su pomiješani", objasnio je fizičar Mike Dunne, direktor LCLS-a koji nije sudjelovao u ovoj studiji.

"Istraživači mogu vidjeti kako se dva elementa razdvajaju kao kada biste promatrali razdvajanje majoneze na njene sastojke, ulje i ocat", opisao je Dunne. 

Neptun i Uran planeti su Sunčeva sustava o kojima se najmanje zna. Istraživače u tome sprječava i njihova velika udaljenost od Zemlje. Dosad je samo jedna svemirska sonda, Voyager 2, bila u njihovoj blizini i to samo u prolazu, a nikad na dugoročnoj misiji. 

Što je u njihovoj jezgri?

Usprkos tomu, ledeni divovi su vrlo česta pojava na Mliječnoj stazi. Prema NASA-i, izvan Sunčeva sustava a unutar naše galaksije ima čak 10 puta više planeta koji sliče Neptunu nego onih koji sliče, primjerice, Jupiteru. 

Stoga je razumijevanje ledenih divova u našem Sunčevom sustavu ključno za razumijevanje planeta unutar galaksije. Kako bismo ih bolje razumjeli, moramo znati što se događa iza njihove spokojno plave površine.

Poznato je da se atmosfera Neptuna i Urana primarno sastoji od vodika i helija, uz malu količinu metana. Ispod atmosferskog sloja nalazi se supervruća, supertekuća i supegusta tekućina "ledenih" tvari kao što su voda, metan i amonijak koji oblažu jezgru planeta. 

Raspršivanje rendgenskih zraka

Izračuni i eksperimenti stari nekoliko desetljeća pokazuju da se, s odgovarajućom temperaturom i odgovarajućim tlakom, metan može razdvojiti na dijamante, što sugerira da dijamanti mogu nastati unutar te guste tvari.

Prijašnja istraživanja vođena u SLAC-u vodio je fizičar Dominik Kraus iz njemačkog istraživačkog centra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Istraživanja su se koristila prelamanjem rendgenskih zraka da bi to pokazala. Sada su Kraus i njegovi suradnici odlučili otići korak dalje.

"Sada imamo dosta obećavajući pristup koji se temelji na raspršivanju rendgenskog zračenja", rekao je Kraus. 

"Naša istraživanja omogućavaju važne parametre, dok smo prije imali samo veliku nesigurnost. Ovo će postati još važnije kako s vremenom budemo otkrivali nove planete izvan Sunčevog sustava". 

Stvaranje uvjeta

Teško je na Zemlji oponašati unutrašnjost tako golemih planeta. Potrebna je jako dobra oprema kao što je upravo LCLS laser, a potrebna je i tvar koja će imitirati onu koja se nalazi unutar takvih planeta. Tim znanstvenika za to se koristio organskim spojem polistirenom.

Prvi korak je da se ta tvar zagrije i stlači kako bi se uspješno oponašali uvjeti unutar Neptuna na dubini od oko 10.000 kilometara. 

Pulsiranje optičkog lasera generira električne valove u polistiren koji zagrijavaju materijal do temperature i od 4727 Celzijevih stupnjeva. To, također, stvara intenzivan tlak.

"Proizvedemo tlak od oko 1,5 milijuna bara, što je jednako tlaku koji bi nastao kada bi se težina 250 afričkih slonova stavila na površinu nokta na palcu", rekao je Kraus.

Od ugljika do dijamanta

U prošlom eksperimentu prelamanje rendgenskih zraka je tada služilo za ispitivanje materijala. Ovakvo testiranje dobro funkcionira s kristalnim strukturama, ali manje je uspješno s nekristalnim molekulama pa je stoga proučavanje bilo nepotpuno.

U novom eksperimentu tim je upotrijebio drugu metodu. Mjerili su na koji su način rendgenske zrake raspršile elektrone u polistirenu. 

Ovo je znanstvenicima omogućilo ne samo proučavanje pretvorbe ugljika u dijamant već i da shvate što se događa s ostatkom uzorka. Naime, on se razdvoji na vodik, s time da uglavnom nema ostataka ugljika. 

"U slučaju ledenih divova znamo da se ugljik gotovo uvijek pretvara u dijamant prilikom odvajanja i ne uzima tekuću prijelaznu formu", rekao je Kraus. 

Dijamanti stvaraju energiju

Ovaj nalaz je važan jer postoji nešto zaista neobično vezano uz Neptun. Njegova unutrašnjost je puno toplija nego što bi trebala biti, točnije emitira gotovo 2,6 puta više energije nego što ju upije od Sunca.

Ako dijamanti, koji su puno gušći od tvari koje se nalaze oko njih, zaista poput kiše padaju u unutrašnjost planeta, oni bi mogli emitirati gravitacijsku energiju koja se pretvara u toplinu, a nastaje trenjem između dijamanta i tvari koje se nalaze oko njih. 

Ovaj eksperiment znanstvenicima omogućava uvid u metodu s pomoću koje možemo proučavati unutrašnjost drugih planeta u Sunčevu sustavu. 

Podloga za druga istraživanja

"Ova će nam tehnika omogućiti da mjerimo interesantne procese koje je inače teško  oponašati", kazao je Kraus. 

"Primjerice, moći ćemo vidjeti kako se vodik i helij, elementi koji se nalaze u plinovitim divovima poput Jupitera i Saturna, spajaju i razdvajaju pod tim ekstremnim uvjetima".

"To je novi način na koji možemo proučavati evolucijsku povijest planeta i planetarnih sustava, kao i dodatne eksperimente koji se vežu za potencijalne buduće oblike energije iz fuzije", smatra Kraus.