Ледяные гиганты Нептун и Уран можно по праву считать самыми малоизученными объектами солнечной системы. Они находятся от нас на огромном расстоянии и долгосрочные экспедиции к ним возможны только в самых смелых мечтах. Ближе всего к этим планетам смог подобраться только один космический зонд — Voyager 2, да и то он лишь пролетал мимо, не задержавшись на долго. Безмолвные гиганты хранят множество тайн, и учёные продолжают строить гипотезы, основываясь на тех скудных данных, что у них есть. Одно из таких было предположение, что на Нептуне могут идти настоящие алмазные дожди.
Согласно гипотезе, высокое давление и температура глубоко под поверхностью планеты сжимает углерод в алмаз, который погружается ещё глубже к центру планеты. До недавнего времени это было не более чем теорией, которую решила проверить команда физиков из нескольких крупных институтов и исследовательских центров. Ход и результаты эксперимента были опубликованы в журнале Nature Communications.
Ранее, руководитель проекта, физик Доминик Краус из Научно-исследовательского Центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорфа уже проводил подобный эксперимент, используя рентгеновскую дифракцию. Однако новое исследование стало более наглядным за счёт применения совершенно нового подхода. Основной проблемой моделирования условия планет-гигантов на Земле является поиск подходящих материалов, способных скопировать состав далеких миров. В представленном эксперименте учёные решили прибегнуть к углеводородному полистиролу (C8H8) заменив им метан (CH4).
Первым шагом является нагрев и оказание достаточного давления на материал для воспроизведения условий, царящих под поверхностью Нептуна на глубине около 10 000 километров. Для нагрева были использованы импульсы оптического лазера, которые генерировали ударные волны в полистироле, из-за чего происходил плавный нагрев материала примерно до 4727 градусов по Цельсию. Вместе с этим использование данного метода приводило к созданию интенсивного давления.
Мы создали давление около 1,5 миллиона бар, что эквивалентно давлению, которое оказывает вес около 250 африканских слонов на поверхность ногтя, - сказал Краус.
Применяемая в прошлом для исследования материала рентгеновская дифракция не давала полной картины происходящего, так как она хорошо работает для материалов с кристаллической структурой, но практически бесполезна для некристаллических молекул. В новом эксперименте команда использовала другой метод, измеряя, как рентгеновские лучи рассеивают электроны в полистироле.
Это позволило им не только наблюдать превращение углерода в алмаз, но и то, что происходит с остальной частью образца - он расщепляется на водород. И в значительной степени нет остатка углерода.
«В случае ледяных гигантов мы уверены, что углерод практически всегда преобразуется в алмазы, и не принимает жидкую переходную форму», — отмечает автор эксперимента.
Это исследование имело большую ценность, ведь у Нептуна была одна необъяснимая странность — температура под его поверхностью намного выше, чем должно быть. Фактически он излучает в 2,6 раза больше энергии, чем поглощает от Солнца. Если алмазы, более плотные, чем материал вокруг них, попадают во внутреннее пространство планеты, они могут выделять гравитационную энергию, которая преобразуется в тепло, генерируемое трением между алмазами и материалом вокруг них.
Этот эксперимент предполагает, что нам не нужно искать альтернативное объяснение во всяком случае, пока. Также он показывает метод, который можно использовать, чтобы «исследовать» внутренние строение других планет в Солнечной системе.