天文學家在探討海王星怎麼下出鑽石雨

ssamhohoho · 發表於 2020-8-7 11:49:41

天王星及海王星的核心深處，可能下著鑽石雨。

現在天文學家藉由新方法實證，假設提到這些冰巨行星地表下數千公里處，高溫及高壓會使碳氫化合物鍵結斷裂，碳會壓縮成鑽石，並向行星更核心處前進。

天王星及海王星是太陽系最不為人知的行星，距離遠得令人卻步，人類歷史僅一艘太空船「航海家 2 號」曾接近它們，且只是短暫飛掠，非長期性專門任務。

這類「類海行星」在廣闊的銀河系非常常見，據美國太空總署資料，「類海系外行星」比「類木系外行星」還普遍 10 倍，因此，了解太陽系的冰巨行星對全銀河系行星認識也非常重要。

在寧靜的藍色外表下究竟正發生什麼事，是科學家急迫追求的答案。

新實驗使用了 SLAC 國家加速器實驗室的「線性粒子加速器相干光源」（ Linac Coherent Light Source [LCLS]）X 射線雷射束，針對鑽石雨的發生過程進行最精準的測量，並直擊碳轉變成鑽石晶體的過程。

LCLS 負責人、電漿物理專家 Mike Dunne 進一步解釋：「這項研究提供非常難以模擬或計算的現象，兩種元素的互溶性及混合時的結合方式。也看見兩種成分（碳及氫）如何分離，就如同把美乃滋分開變成油和醋。」

幾十年前計算及實驗就說明，在足夠壓力及溫度下，甲烷可分解成碳與氫，最終在壓力下結晶成鑽石，而在地球要複製過程挑戰非常大，LCLS 正好可滿足這條件，而甲烷這種易燃物質也會增加實驗的風險，故研究團隊採用另一種碳氫化合物──「聚苯乙烯」代替甲烷。

實驗第一步是加熱及加壓材料，溫度達 5,000K（約攝氏 4,727 度）、壓力 150 萬大氣壓（相當於 250 頭大象重量施加在一個人的拇指指甲上），第二步則是過程成像，X 射線繞射是用來成像晶體結構的技術，但非晶體分子就不那麼有效了（烯及烷屬於鏈狀結構）。

研究團隊使用另一種方法，測量 X 射線如何散射聚苯乙烯的電子，這不僅能觀察到碳轉化成鑽石的過程，也能觀察氫發生的狀況。

這次科學家知道碳在過程中會直接形成鑽石，沒有流體過渡形態，這同時也解釋了一些難題，海王星釋出的能量是太陽給予能量的 2.6 倍，鑽石如果就這樣維持高密度狀態潛入行星核心，可能會釋出重力位能轉化成熱能釋出。

這項新技術允許科學家利用另一種方法「探測」太陽系行星的內部，木星及土星的核心化學反應也是可以研究的過程，論文發表在《自然─通訊》期刊。