Почему на Нептуне идут алмазные дожди
Согласно гипотезе, высокие температура и давление в тысячах километрах под облаками этих газовых гигантов должны расщеплять углеводородные соединения. При этом углерод превращается в алмазы, которые погружаются все глубже, стремясь к ядрам планет.
В новом эксперименте использовался рентгеновский лазер Linac, который обнаружил, что углерод превращается непосредственно в алмазы. «Это исследование предоставляет данные о явлении, которое очень трудно смоделировать, — объяснил физик Майк Данн, не участвовавший в эксперименте. — Стало видно, как разделяются элементы, подобно тому, как майонез распадается на масло и уксус».
Нептун и Уран — две самые плохо изученные планеты Солнечной системы. Они слишком далеко. До них долетал только космический зонд Voyager 2, да и тот прошел мимо, осмотрев планеты мельком. Но газовые гиганты очень распространены в нашей галактике и поэтому их необходимо изучать. Интересный факт: экзопланет, подобных Нептуну, в 10 раз больше, чем подобных Юпитеру.
Мы знаем, что атмосферы Нептуна и Урана состоят в основном из водорода и гелия с небольшой примесью метана. Под разреженными слоями атмосферы, ближе к ядрам планет, находится сверхгорячая и сверхплотная жидкость, состоящая из воды, метана и аммиака.
Более ранние эксперименты показали, что при достаточном давлении и температуре метан может превращаться в алмазы. Точнее, алмазы могут формироваться в пределах этого горячего, плотного материала. «Теперь у нас есть очень многообещающий новый подход, основанный на рассеянии рентгеновских лучей, — говорит физик Доминик Краус. — Наши эксперименты дают важные параметры для моделирования, где раньше у нас была только одна сплошная неопределенность».
Для воссоздания условий, которые можно наблюдать внутри газовых гигантов типа Нептуна, исследователи использовали вместо метана (CH4) углеводородный полистирол (C8H8). Его нагрели и сжали, словно бы вещество находилось на глубине около 10 000 километров. Импульсы лазера генерировали ударные волны, нагревающие материал примерно до 5 000 градусов по Кельвину (4727 градусов по Цельсию), что также повышало и давление. «Мы достигли давления примерно 1,5 миллиона бар», — рассказывает Краус. В ходе эксперимента изучалось и то, как рентгеновские лучи рассеивают электроны в полистироле.
В итоге исследователи не только наблюдали превращение углерода в алмаз, но и выяснили, что происходит с остальной частью образца — он расщепляется на водород. Углерода же практически не остается. «В случае с газовыми гигантами мы теперь знаем, что углерод почти весь превращается в алмазы, и не принимает жидкую переходную форму», — говорит Краус.
Это очень важное открытие, которое может объяснить одну странность Нептуна: температура его внешних слоев гораздо выше, чем должна быть, и планета излучает в 2,6 раза больше энергии, чем ей дает Солнце.
Если алмазы опускаются к ядру планеты, то именно они могут становиться источником гравитационной энергии, которая преобразуется в тепло, генерируемое трением между алмазами и материалом вокруг них.