天王星可能充满了巨大的钻石

科学家们重现了冰巨星的钻石雨。

当熟悉的物质在其他行星上承受生命所需的压力(和温度)时,它们也会变得相当陌生。例如:冰巨星的钻石雨。科学家们长期以来一直认为,像海王星和天王星这样的巨行星——它们拥有相对微小的岩石核心,覆盖着一层浑浊的水、氨和甲烷冰的幔层,并被浓厚的大气层包围——会经历由*字面意义上的钻石*构成的雨。现在,研究人员已经合成了实验室中的这一过程,展示了这种情况可能如何发生。

“在此之前,研究人员只能假设钻石已经形成,”Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf 的科学家、这项研究的主要作者 Dominik Kraus 在一份声明中说。“当我看到这项最新实验的结果时,那是我科研生涯中最美好的时刻之一。”

尽管名为冰巨星,但它们实际上非常热。当然,由于行星距离太阳较远,上层大气的温度通常会远低于零摄氏度。但当你接近核心时,巨大的压力会使内部温度升高数千摄氏度。理论上,这些宜人的温度和巨大的压力可以促使氢和碳在距离大气层外表面约 5000 英里(约 8000 公里)处形成钻石雨。

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别忘了海王星 NASA

为了重现这一过程,科学家们必须创造一些(非常)高温和(非常)高压的条件。他们使用强激光将一对重叠的冲击波穿过聚苯乙烯——一种由氢和碳组成的塑料,可以模拟甲烷化合物的行为。冲击波在短暂的瞬间产生了可与冰巨星内部日常生活相媲美的压力和热量。

“实验时间非常短,”Kraus 在接受《卫报》采访时说。“我们看到了如此清晰的钻石信号,这实际上非常、非常令人惊讶。”

事实上,他们使用了来自地球上最强大 X 射线源——SLAC 的 X 射线自由电子激光器 Linac Coherent Light Source (LCLS) 的 50 个飞秒(femtosecond)脉冲,才捕捉到了塑料中的碳原子断裂并结合形成几纳米宽的钻石的瞬间。(参考一下,一纳米是十亿分之一米,而一飞秒是千亿亿分之一秒。)

尽管这项实验室实验产生了微小的宝石,但研究人员认为,海王星和天王星上更稳定的条件可能会产生更大的钻石。这些钻石可能需要数千年才能生长至数百万克拉,然后像大雨一样缓慢地沉向核心,穿过大气层和地幔,足以让我们自己的倾盆大雨相形见绌。可惜没有人能在那里切割和抛光它们。

事实上,冰巨星的气态和半流体外层非常厚,以至于我们最好的探测器都无法真正洞察其内部发生了什么。像这样的实验,虽然不如直接在行星上进行的观测那样确凿,但却能帮助科学家们理解这些神秘世界的内部运作。

 

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Rachel Feltman

特约编辑

Rachel Feltman 是《流行科学》的特约编辑。她主持并监督热门播客“我这周学到的最奇怪的事情”,并帮助充实杂志的数字版内容。她住在泽西城,与她同样高挑的丈夫和同样年长的猫一起生活。


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