Vnitřní struktura vnějších planet sluneční soustavy je pro astronomy stále záhadou. V případě Jupitera pomáhá tuto záhadu vyřešit vesmírná sonda Juno NASA. A v pozemské laboratoři vědci objevili stopy, které vám umožní nahlédnout hluboko do ledových obrů Neptun a Uran. A ukázalo se, že tam mohou být diamantové deště.
Mezinárodní tým vědců dokázal, že se uhlovodíkové sloučeniny štěpí uvnitř obřích ledových planet - Neptun a Uran. Tím se uhlík změní na „diamantový déšť“.
Vědci z Helmholtzova centra v Drážďanech-Rossendorfu (HZDR) ve spolupráci se svými německými a americkými kolegy dokázali, že uvnitř ledových gigantů naší sluneční soustavy se tvoří „diamantové deště“. S pomocí vysoce výkonných rentgenových laserů a dalších zařízení v Stanford National Accelerator Laboratory (SLAC) v Kalifornii byly provedeny simulace vnitřní struktury vesmírných gigantů. Díky tomu mohli vědci poprvé v reálném čase sledovat rozklad uhlovodíků a přeměnu uhlíku na diamant.
Pevné jádro zabalené v hustých vrstvách „ledu“- tak vypadá vnitřní struktura planet Neptun a Uran. Takový vesmírný led se skládá převážně z uhlovodíků, vody a amoniaku. A velmi dlouho se astrofyzici přikláněli k názoru, že extrémně vysoký tlak, který zde panuje v hloubkách asi 10 tisíc kilometrů, vede k rozkladu uhlovodíků. V tomto případě vznikají diamanty, které se vrhají dále do hlubin planet.
"Dosud nikdo nebyl schopen pozorovat takové brilantní srážky v přímém experimentu," říká Dr. Dominik Kraus z HZDR. Ale právě v tom uspěl on a mezinárodní skupina vědců vedená ním. „V průběhu našeho výzkumu jsme umístili speciální formu plastu - polystyrenu, který je založen na směsi uhlíku a vodíku, za podobných podmínek, jaké existují uvnitř Neptunu a Uranu.“
Aby dosáhli požadovaného efektu, poslali skrz vzorky dvě rázové vlny, vzrušené extrémně výkonnými optickými lasery v kombinaci se zdrojem rentgenového záření SLAC s názvem Linear Coherent Light Source (LCLS). Výsledkem bylo, že plast byl stlačen pod tlakem asi 150 Gigapascalů při teplotě asi 5 000 stupňů Celsia. "První, slabší a pomalejší vlna byla překonána výkonnější druhou vlnou," vysvětluje Kraus. „A právě ve chvíli, kdy se obě vlny protínají, vzniká většina diamantů.“
Vzhledem k tomu, že to trvá jen zlomek sekundy, vědci použili vysokorychlostní rentgenovou defrakci, která jim poskytla snímek tvorby diamantu a chemických procesů. „Pokusy ukazují, že téměř všechny atomy uhlíku se spojí a vytvoří diamantové struktury o velikosti nanometrů,“shrnuje vědecký pracovník z Drážďan. Na základě výsledků autoři studie naznačují, že diamanty na Neptunu a Uranu tvoří podstatně větší struktury a pomalu se usazují v jádru planety po tisíce a miliony let.
„Z experimentálních údajů, které jsme obdrželi, můžeme také shromáždit informace, které nám umožní lépe porozumět struktuře exoplanet,“říká Kraus o vyhlídkách. Pro takové vesmírné obry mimo sluneční soustavu mohou vědci měřit pouze dva parametry: hmotnost, která je určena z pozičních oscilací jejich mateřské hvězdy, a poloměr, který astronomové odvozují od stmívání, ke kterému dochází při přechodu planety před hvězdným diskem. Vztah mezi těmito dvěma hodnotami vám umožňuje získat počáteční data o chemické struktuře, například zda se planeta skládá z lehkých nebo těžkých prvků.
Propagační video:
"A chemické procesy uvnitř planet nám říkají aspekty, které nám umožňují vyvodit závěry o základních vlastnostech těchto nebeských těles," pokračuje Kraus. "Díky tomu můžeme vylepšit a vylepšit planetární modely již existující ve vědě." Studie ukazují, že modelování ještě nelze považovat za zvlášť přesnou metodu. “
Ale spolu s astrofyzikálními znalostmi mohou mít experimenty také praktickou hodnotu. Například nanodiamanty vytvořené během experimentů lze použít pro elektronické přístroje a v lékařské technologii, stejně jako řezné materiály v průmyslové výrobě. Umělé diamanty se zatím vyrábějí pomocí výbuchů. Ale jejich použití pomocí laserové technologie způsobí, že taková výroba bude čistší a lépe kontrolovaná.
Vědci napsali o výsledcích výzkumu v článku publikovaném v časopise Nature Astronomy.