海王星和天王星上正在下鑽石雨

跨越木星和土星，我們在太陽系最神秘的兩個地方—天王星和海王星上—發現了大量的鑽石。研究人員利用斯坦福大學的直線加速器相干光源，藉助於全世界最亮的x射線源之一，在實驗室里證明了這兩個冰巨星的深度非常適合鑽石的形成。

對此科學家們非常興奮，因為這是第一次在類似於冰巨星大氣層底部的實驗室環境中，重現這種效應。長期以來，科學家一直都在探索冰巨星大氣層中大量的氫氣、氦氣和甲烷(這些化學物質賦予了行星獨特的藍色外表)的影響，以及它們是否是形成鑽石的理想條件。

「這種(條件)將會在這些天體中產生鑽石沉澱。」位於德勒斯頓的helmholtz - zentrum Dresden –rossendorf研究中心的研究人員，同時也是文章作者的Dominik Kraus在一封電子郵件中告訴Gizmodo，「這意味著並不一定需要一個純的鑽石核心，但無疑有一個巨大的環繞在岩石核外的鑽石環，這些岩石核應該存在於海王星和天王星內部。」

對於在木星和土星上，目前的觀點是這樣的:當風暴穿過甲烷分子雲層時，雷擊會導致碳原子從化學鍵上解離下來。當它們在空中聚集時，就會得到煙灰雲，接著再下沉到低層大氣中，並受到越來越大的壓力。壓力擠壓碳原子變成了石墨，然後又變成了鑽石。同時碳原子也受地心引力的影響，所以它真的會像「鑽石雨」一樣落在星球的中部。

在天王星和海王星上，可能存在這樣一個雲層，在那裡形成了大量的熱甲烷，然後甲烷在高壓環境中被分離，所形成的碳原子接著被擠壓形成了鑽石。

但實際上直到現在，我們從來還沒有在實驗室里重塑這些條件。

藉助於一種叫the Matter in Extreme Condition的儀器，科學家們用能夠產生高達150吉帕壓力的激光照射薄薄的聚苯乙烯片。激光將材料加熱到約6000開爾文，這個溫度非常高，但還不足以熔化鑽石。由於聚苯乙烯是一種碳氫化合物，它很快就分解成了其組成的氫原子和碳原子，然後便被壓縮。在非常短的時間內，就導致了納米鑽石的形成。

由於科學家現在能夠重現一種類似於海王星和天王星內部10000公里處的環境，所以進一步的研究便可向我們揭示，除了鑽石沉澱之外是否有更穩定的形式可供選擇。

「如果溫度高到足以接近核心的溫度(一些計算如此預測)，也有可能是『液態碳』，且有巨大的『鑽石冰山』在其之上遊動，」Kraus說道。「但大多數理論認為鑽石仍將保持固態，至少在海王星和天王星內是這樣的，但對於一些系外行星來說，情況或許會不同。」

實際上很難用激光脈衝實時測驗形成了何種東西，這就是為什麼要使用超亮x射線的原因。你可以把它想像成一個超亮且極短的—只有50飛秒—相機閃光燈。

「我們只能在1納秒內製造這種獨特的狀態，在此期間，我們還需要足夠的x射線來探測它，」Kraus說道。「然後我們做了簡單的x射線衍射(這種方法幾乎能夠識別每個晶體的結構)，出乎意料地得到了一個清晰的鑽石信號。」

之前的實驗從未真正提供這一過程的直接證據，或者一般從壓縮碳、鑽石砧的方法得出的結果還不夠清楚。「鑽石壓砧實驗的問題在於，很難區分兩種鑽石碎片，一種是從碳氫化合物得到的微小鑽石碎片，另一種是來自於比較巨大鑽石砧本身的鑽石碎片，」Kraus說。

來源：網易科學人

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