Ученые давно подозревали, что на Уране и Нептуне могут идти дожди из настоящих алмазов. Теперь это предположение получило еще одно подтверждение — причем новые доказательства были получены опытным путем.
Обе эти планеты относятся к так называемым ледяным гигантам, хотя на самом деле вещество, из которого они состоят, находится в жидко-газообразном состоянии, а его температура достигает нескольких тысяч градусов.
Атмосфера как Урана, так и Нептуна, состоит в основном из гелия и водорода, но глубже находятся более тяжелые элементы и вещества, в том числе метан. Согласно гипотезе, на глубине около 7 тыс. км температура и давление достигают такой величины, что метан должен распадаться на составляющие его элементы: углерод и водород.
В результате более легкий водород поднимается в атмосферу, а углерод под действием окружающей среды превращается в кристаллы алмаза и, напротив, медленно опускается ближе к каменно-ледяному ядру.
Чтобы подтвердить эту теорию, исследователи американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Стэнфордском университете решили воссоздать на Земле условия, близкие к тем, что можно найти в глубинах Урана.
Сделать это открытие ученым из SLAC удалось при помощи уникальной аппаратуры лаборатории, а вместо метана (CH4) они использовали стирол (C8H8) — его физические свойства больше похожи на вещество, в которое превращается метан при столь колоссальном давлении и температуре.
При чем здесь слоны?При помощи лазера на свободных электронах LCLS (Linac Coherent Light Source) стирол разогрели до температуры 5000 кельвинов (примерно настолько жарко, если забраться вглубь Урана или Сатурна на 10 тысяч километров), а давление увеличили до 1,5 млн бар — по словам одного из авторов эксперимента, «это все равно что поставить 250 африканских слонов на ноготь большого пальца».
В результате им удалось увидеть, как содержащийся в стироле углерод превращается в алмазы, а оставшаяся часть вещества выделяется в виде чистого водорода.
Первый в мире рентгеновский излучатель на свободных электронах был разработан в той же лаборатории. Он усиливает рентгеновские волны, генерируя лазерное излучение без использования системы зеркал, и за счет этого позволяет проводить более точные измерения.
Теория возникновения алмазов на ледяных гигантах была выдвинута несколько десятилетий назад — и с тех пор неоднократно подтверждалась как расчетами, так и экспериментально.
В 2017 году ее почти удалось доказать специалистам все той же лаборатории SLAC в Калифорнии. Тогда они использовали оптический лазер Matter in Extreme Conditions (MEC), но теперь — при помощи нового точного оборудования — процесс превращения углерода в алмазы изучен значительно более подробно.
Об Уране и Нептуне — самых отдаленных планетах нашей Солнечной системы — ученым известно сравнительно немного. Обе они находятся настолько далеко от Земли, что добраться до них удалось только космическому зонду «Вояджер-2» — но и тот лишь пролетел мимо них, поскольку у него не было задачи пристально изучать эти планеты.
По данным НАСА, в нашей галактике примерно в 10 раз больше ледяных гигантов, похожих на Уран и Нептун (иногда их так и называют — холодные нептуны), чем так называемых холодных юпитеров (к ним в Солнечной системе относятся сам Юпитер и Сатурн).
Новое открытие это, в свою очередь, подтверждает и еще одну догадку ученых. Дело в том, что Нептун излучает примерно в 2,6 раза больше энергии, чем получает от Солнца. По всей видимости, если к ядру планеты действительно постоянно опускаются алмазы, то их гравитационная энергия превращается в тепловую за счет трения с другими материалами, что и разогревает планету.
BBC
