Vnútorná štruktúra vonkajších planét slnečnej sústavy je pre astronómov stále záhadou. V prípade Jupitera pomáha túto záhadu vyriešiť vesmírna sonda NASA Juno. A v pozemskom laboratóriu vedci objavili stopy, ktoré vám umožnia nahliadnuť hlboko do vnútra ľadových gigantov Neptún a Urán. A ukázalo sa, že tam môžu byť diamantové dažde.
Medzinárodný tím vedcov dokázal, že sa uhľovodíkové zlúčeniny štiepia vo vnútri obrovských ľadových planét - Neptúna a Uránu. Toto zmení uhlík na „diamantový dážď“.
Vedci z Helmholtzovho centra v Drážďanoch-Rossendorfe (HZDR) v spolupráci so svojimi nemeckými a americkými kolegami dokázali, že vo vnútri ľadových obrov našej slnečnej sústavy sa tvoria „diamantové dažde“. S pomocou vysokovýkonných röntgenových laserov a ďalších zariadení v Stanford National Accelerator Laboratory (SLAC) v Kalifornii simulovali vnútornú štruktúru vesmírnych gigantov. Vďaka tomu mohli vedci po prvýkrát v reálnom čase sledovať rozklad uhľovodíkov a premenu uhlíka na diamant.
Pevné jadro, zabalené v hustých vrstvách „ľadu“- tak vyzerá vnútorná štruktúra planét Neptún a Urán. Takýto vesmírny ľad je zložený predovšetkým z uhľovodíkov, vody a amoniaku. A veľmi dlho sa astrofyzici prikláňali k názoru, že extrémne vysoký tlak, ktorý tu panuje v hĺbkach asi 10 tisíc kilometrov, vedie k štiepeniu uhľovodíkov. V tomto prípade vznikajú diamanty, ktoré sa ponárajú ďalej do hĺbky planét.
"Doteraz nikto nebol schopný pozorovať také brilantné zrážky v priamom experimente," hovorí Dr. Dominik Kraus z HZDR. Ale práve v tom uspel on a medzinárodná skupina vedcov, ktorú viedol. „Počas nášho výskumu sme umiestnili špeciálnu formu plastu - polystyrén, ktorý je založený na zmesi uhlíka a vodíka, do podmienok podobných tým, aké existujú vo vnútri Neptúna a Uránu.“
Na dosiahnutie požadovaného efektu vyslali cez vzorky dve rázové vlny, ktoré boli vzrušené mimoriadne výkonnými optickými lasermi v kombinácii so SLAC röntgenovým zdrojom s názvom Linear Coherent Light Source (LCLS). Výsledkom bolo, že plast bol stlačený pod tlakom asi 150 Gigapascalov pri teplote asi 5 000 stupňov Celzia. "Prvú, slabšiu a pomalšiu vlnu prekonala výkonnejšia druhá vlna," vysvetľuje Kraus. „A práve vo chvíli, keď sa obe vlny pretínajú, vzniká väčšina diamantov.“
Pretože to trvá len zlomok sekundy, vedci použili vysokorýchlostné röntgenové lámanie, ktoré im poskytlo prehľad o formovaní diamantov a chemických procesoch. „Experimenty ukazujú, že takmer všetky atómy uhlíka sa spájajú do nanozmenených diamantových štruktúr,“zhŕňa vedec z Drážďan. Na základe výsledkov autori štúdie naznačujú, že diamanty na Neptúne a Uráne tvoria podstatne väčšie štruktúry a pomaly sa usadzujú v jadre planéty po tisíce a milióny rokov.
„Z experimentálnych údajov, ktoré sme dostali, môžeme tiež zhromaždiť informácie, ktoré nám umožnia lepšie pochopiť štruktúru exoplanét,“hovorí Kraus o vyhliadkach. Pre takýchto vesmírnych gigantov mimo slnečnej sústavy môžu vedci merať iba dva parametre: hmotnosť, ktorá sa určuje z pozičných oscilácií ich materskej hviezdy, a polomer, ktorý astronómovia odvodzujú zo stmievania, ku ktorému dochádza pri prechode planéty pred hviezdnym diskom. Vzťah medzi týmito dvoma hodnotami vám umožňuje získať počiatočné údaje o chemickej štruktúre, napríklad či sa planéta skladá z ľahkých alebo ťažkých prvkov.
Propagačné video:
"A chemické procesy vo vnútri planét nám hovoria o aspektoch, ktoré nám umožňujú robiť závery o základných vlastnostiach týchto nebeských telies," pokračuje Kraus. „Vďaka tomu môžeme vylepšiť a vylepšiť planetárne modely, ktoré už existujú vo vede. Štúdie ukazujú, že modelovanie zatiaľ nemožno považovať za obzvlášť presnú metódu. ““
Ale spolu s astrofyzikálnymi poznatkami môžu mať experimenty aj praktickú hodnotu. Napríklad nanodiamanty vytvorené počas experimentov môžu byť použité pre elektronické prístroje a v lekárskej technike, rovnako ako rezacie materiály v priemyselnej výrobe. Zatiaľ sa umelé diamanty vyrábajú pomocou výbuchov. Ale ich použitie pomocou laserovej technológie urobí takúto výrobu čistejšou a kontrolovanejšou.
Vedci o výsledkoch výskumu písali v článku publikovanom v časopise Nature Astronomy.