Saules sistēmas ārējo planētu iekšējā struktūra astronomiem joprojām ir noslēpums. Jupitera gadījumā šo noslēpumu palīdz atrisināt NASA kosmosa zonde Juno. Un zemes laboratorijā pētnieki ir atraduši norādes, kas ļauj ielūkoties dziļi ledus milžu Neptūna un Urāna iekšienē. Un izrādījās, ka tur var būt dimanta lietus.
Starptautiska pētnieku komanda spēja pierādīt, ka ogļūdeņražu savienojumi sadalās milzu ledus planētu - Neptūna un Urāna - iekšienē. Tas pārvērš oglekli "dimanta lietū".
Drēzdenes-Rosendorfas (HZDR) Helmholca centra zinātnieki sadarbībā ar vācu un amerikāņu kolēģiem spēja parādīt, ka mūsu saules sistēmas ledus gigantu iekšpusē veidojas "dimanta lietus". Ar īpaši lieljaudas rentgena lāzeru un citu iekārtu palīdzību Kalifornijas Stenfordas Nacionālajā paātrinātāju laboratorijā (SLAC) viņi simulēja kosmosa milžu iekšējo struktūru. Pateicoties tam, zinātnieki pirmo reizi reāllaikā varēja novērot ogļūdeņražu sadalīšanos un oglekļa pārveidošanos par dimantu.
Ciets kodols, ietīts blīvos "ledus" slāņos - šādi izskatās Neptūna un Urāna planētu iekšējā struktūra. Šādu kosmosa ledu galvenokārt veido ogļūdeņraži, ūdens un amonjaks. Un ļoti ilgu laiku astrofiziķi ir sliecas domāt, ka ārkārtīgi augsts spiediens, kas šeit valda apmēram 10 tūkstošu kilometru dziļumā, noved pie ogļūdeņražu sadalīšanās. Šajā gadījumā veidojas dimanti, kas ienirst tālāk planētu dziļumos.
"Līdz šim neviens nav varējis novērot tik izcilus nokrišņus tiešā eksperimentā," saka Dr Dominiks Kraus no HZDR. Bet tieši tajā viņam un viņa vadītajai starptautiskajai pētnieku grupai guva panākumus. "Veicot pētījumu, mēs ievietojām īpašu plastmasas formu - polistirolu, kura pamatā ir oglekļa un ūdeņraža maisījums, apstākļos, kas līdzīgi tiem, kas pastāv Neptūna un Urāna iekšienē."
Lai sasniegtu vēlamo efektu, viņi caur paraugiem raidīja divus triecienviļņus, kurus satrauca ārkārtīgi spēcīgi optiskie lāzeri kopā ar SLAC rentgena avotu, ko sauc par lineāro koherentu gaismas avotu (LCLS). Tā rezultātā plastmasa tika saspiesta zem aptuveni 150 gigapaskalu spiediena aptuveni 5000 grādu pēc Celsija. "Pirmo, vājāko un lēnāko vilni pārspēja jaudīgākais otrais vilnis," skaidro Kraus. "Un tieši tajā brīdī, kad abi viļņi krustojas, veidojas lielākā daļa dimantu."
Tā kā tas ilgst tikai sekundes daļu, pētnieki izmantoja ātrgaitas rentgena defrakciju, kas viņiem nodrošināja dimantu veidošanās un ķīmisko procesu momentuzņēmumu. "Eksperimenti rāda, ka gandrīz visi oglekļa atomi apvienojas, veidojot nanometra lieluma dimanta struktūras," rezumē zinātnieks no Drēzdenes. Balstoties uz rezultātiem, pētījuma autori liek domāt, ka dimanti Neptūnā un Urānā veido ievērojami lielākas struktūras un tūkstošiem un miljonu gadu laikā lēnām nosēžas planētas kodolā.
"No saņemtajiem eksperimentālajiem datiem mēs varam arī iegūt informāciju, kas ļaus mums labāk izprast eksoplanetu struktūru," saka Kraus par perspektīvām. Šādiem kosmosa gigantiem ārpus Saules sistēmas pētnieki var izmērīt tikai divus parametrus: masu, ko nosaka pēc viņu vecāku zvaigznes pozīcijas svārstībām, un rādiusu, ko astronomi iegūst no aptumšošanas, kas notiek, planētai šķērsojot zvaigžņu diska priekšā. Attiecība starp abām vērtībām ļauj iegūt sākotnējos datus par ķīmisko struktūru, piemēram, vai planēta sastāv no viegliem vai smagiem elementiem.
Reklāmas video:
"Un ķīmiskie procesi planētu iekšienē mums parāda aspektus, kas ļauj izdarīt secinājumus par šo debess ķermeņu pamatīpašībām," turpina Kraus. “Pateicoties tam, mēs varam uzlabot un pilnveidot zinātnē jau esošos planētu modeļus. Pētījumi liecina, ka modelēšana vēl nav īpaši precīza metode."
Bet līdzās astrofizikālajām zināšanām eksperimentiem var būt arī praktiska vērtība. Tā, piemēram, eksperimentu laikā veidotos nanodiamantus var izmantot elektroniskiem instrumentiem un medicīnas tehnoloģijās, kā arī rūpnieciskās ražošanas materiālu griešanai. Līdz šim mākslīgie dimanti tiek izgatavoti, izmantojot sprādzienus. Bet, padarot tos, izmantojot lāzera tehnoloģiju, šāda ražošana kļūs tīrāka un kontrolētāka.
Par pētījuma rezultātiem zinātnieki rakstīja rakstā, kas publicēts žurnālā Nature Astronomy.