北京時(shí)間 7 月 3 日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，在海王星和天王星的太空深處，可能正在下著鉆石雨。目前，科學(xué)家已經(jīng)提出最新實(shí)驗(yàn)證據(jù)，證實(shí)鉆石雨是如何實(shí)現(xiàn)的。

有一種假說認(rèn)為，海王星和天王星表面之下數(shù)千公里處的高溫和高壓環(huán)境會使碳?xì)浠衔锓至?，碳將壓縮為鉆石，并向行星內(nèi)核更深處下沉。

最新實(shí)驗(yàn)使用美國斯坦福國家加速器實(shí)驗(yàn)室的直線加速器相干光源（LCLS）X 射線激光，對這種 “鉆石雨”過程如何發(fā)生進(jìn)行精確測量，并發(fā)現(xiàn)碳會直接轉(zhuǎn)變成水晶鉆石。

等離子體物理學(xué)家邁克 · 鄧恩解釋稱，這項(xiàng)研究提供了關(guān)于一種非常難以模擬計(jì)算的數(shù)據(jù)：兩種元素 “溶混性”或者它們在混合時(shí)如何結(jié)合，我們觀察到了兩種成分是如何分離的，就像沙拉醬再次分離為油和醋一樣。

海王星和天王星是太陽系中最不為人知的行星，它們的距離非常遙遠(yuǎn)，令人望而卻步，迄今只有太空探測器 “旅行者 2 號”曾接近它們，而且僅是短暫時(shí)間飛越，不是執(zhí)行長期任務(wù)。

事實(shí)上，類似海王星和天王星這樣的冰巨星在銀河系中非常普遍，依據(jù)美國宇航局觀測數(shù)據(jù)，銀河系內(nèi)此類冰巨星比類木星多 10 倍。

因此，理解太陽系的冰巨星對于分析行星在星系中如何進(jìn)化演變至關(guān)重要，為了更好地理解它們，我們需要知道在寧靜的藍(lán)色外殼之下究竟發(fā)生了什么。

我們知道海王星和天王星的大氣主要是由氫和氦組成，還有少量甲烷，在這些大氣層之下，一種由水、甲烷和氨等 “冰物質(zhì)”構(gòu)成的超熱、超密度流體包裹在行星內(nèi)核周圍。

幾十年前的計(jì)算實(shí)驗(yàn)表明，在足夠的壓力溫度條件下，甲烷可以分解成鉆石，這表明在這種高溫、致密物質(zhì)中可以形成鉆石。

之前德國物理學(xué)家多米尼克 · 克勞斯在美國斯坦福直線加速器中心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用 X 射線衍射證實(shí)該實(shí)驗(yàn)結(jié)論。目前，克勞斯和同事將他們的研究向前推進(jìn)了一步。

克勞斯說：“我們現(xiàn)在擁有一個(gè)基于 X 射線衍射的非常有前景的新方法，我們的實(shí)驗(yàn)提供了重要模型參數(shù)，在此之前的實(shí)驗(yàn)中存在諸多不確定性，隨著近年我們發(fā)現(xiàn)的系外行星越來越多，這一點(diǎn)就變得不重要了?！?/p>

在實(shí)驗(yàn)室復(fù)制巨行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，研究人員需要一些精密設(shè)備，例如：直線加速器相干光源，同時(shí)，還需要一種物質(zhì)來復(fù)制巨行星內(nèi)部，為此，研究小組使用碳?xì)渚郾揭蚁–8H8）代替甲烷（CH4）。

實(shí)驗(yàn)第一步是對材料進(jìn)行加熱加壓，從而復(fù)制海王星地下 1 萬公里處的內(nèi)部環(huán)境：光學(xué)激光脈沖在碳?xì)渚郾揭蚁┲挟a(chǎn)生沖擊波，使材料加熱至大約 4727 攝氏度，從而形成強(qiáng)大壓力。

克勞斯說：“我們在實(shí)驗(yàn)室制造了 15 萬兆帕的壓力，這相當(dāng)于將 250 頭非洲大象的重量放置在拇指甲上產(chǎn)生的壓力。”

在之前的實(shí)驗(yàn)中，我們使用 X 射線衍射來探測材料，這對晶體結(jié)構(gòu)的材料非常有效，但對非晶體分子就不那么有效，所以形成的圖像并不完整。目前，在最新實(shí)驗(yàn)中，研究小組使用了另一種方法，能夠測量 X 射線是如何散射聚苯乙烯中的電子。

這不僅能讓他們觀察到碳轉(zhuǎn)化為鉆石的過程，還能觀察到樣本的其他部分發(fā)生了什么——它分裂成氫，幾乎沒有剩余的碳。

克勞斯說：“目前在冰巨星的實(shí)例中，我們知道碳在分離時(shí)幾乎完全形成了鉆石，而且沒有流體過渡的形式。”

這是非常重要的，因?yàn)楹Ｍ跣谴嬖谝恍┓浅Ｆ嫣氐默F(xiàn)象，它的內(nèi)部溫度遠(yuǎn)高于應(yīng)有溫度，事實(shí)上它釋放的能量是吸收太陽能量的 2.6 倍。

如果是鉆石，它將比周圍的物質(zhì)密度更大，這些鉆石以微粒形式像雨點(diǎn)一樣降落至行星內(nèi)部，它們可能釋放重力能量，將其轉(zhuǎn)化為鉆石和周邊物質(zhì)摩擦產(chǎn)生的熱量。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，我們不需要另一種解釋，至少現(xiàn)在還不需要，同時(shí)，該研究證實(shí)一種可以 “探測”太陽系其他行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法。

克勞斯說：“這項(xiàng)技術(shù)幫助我們完成有趣的實(shí)驗(yàn)過程，否則我們很難發(fā)現(xiàn)巨行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)制。例如：我們能夠洞察木星、土星這樣氣態(tài)巨行星內(nèi)部的氫和氦，它們?nèi)绾卧跇O端條件下混合和分離。這是研究行星和行星系進(jìn)化史的一種新方法，同時(shí)也為未來研究聚變產(chǎn)生能量提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)?！蹦壳埃@項(xiàng)最新研究報(bào)告發(fā)表在近期出版的雜志上。