鑽石是純碳在高壓環境下形成的,生成條件嚴苛,所以在地球上很罕見,然而在遙遠的天王星與海王星,卻會出現「鑽石雨」,只可惜我們永遠也取得不了。科學家最近以實驗的方式研究出鑽石雨的成因和原理。

太空網(Space.com)報導,我們太陽系的外圍,有4個大型的氣體行星,分別是木星、土星、天王星與海王星,這4位行星又分兩大類,木星與土星稱為「氣態巨行星」,更遙遠的天王星與海王星,由於陽光更微弱,環境極為寒冷,稱為「冰巨星」。科學家對於冰巨星的瞭解並不多,它們一直有許多是謎題。

有一個迷題特別迷人,就是「鑽石雨之謎」,這些鑽石的原料顯然是行星裡龐大的甲烷分子,甲烷是碳原子和氫原子合成的。但是科學家不理解,行星的化學反應是如何導致甲烷的碳與氫如何分離,各個碳原子又如何被黏在一起形成了鑽石晶體。

德國最大的科學家協會-亥姆霍茲聯合會 (Helmholtz‑Gemeinschaft Deutscher )的物理學家多明尼克‧ 克勞斯(Dominic Kraus)在新聞發布會上說:「我們成功實驗出冰巨星形成鑽石的可能原因,雖然在此之前,已有一些假說,但我們憑著實驗完成整個過程。」

克勞斯和他的團隊,向美國史丹佛大學的SLAC國家加速器實驗室(SLAC National Accelerator Laboratory),進行他們的「冰巨星造鑽石」實驗。研究人員在實驗室裡,重現海王星核心的壓力,不過他們稍微便宜行事,並不是使用甲烷作材料,而是使用含碳量較高的苯乙烯(C 8 H 8),它是一種有機化工物質,可以做成一種塑型泡綿,俗稱「保麗龍」。

克勞斯和他的同事們苯乙烯施加熱量和壓力,然後再利用雷射來模擬衝擊波。當這些衝擊波相遇時,溫度飆升至4726度。(作為參考,地球的核心約為6000度),材料內部的壓力也急劇上升。

克勞斯說:「這相當於150萬大氣壓,相當250頭非洲象的重量壓在針尖上。」

科學家利用僅50飛秒(5億分之1秒)的X射線脈衝,對樣本進行其進行了分析,研究人員發現,苯乙烯在高壓環境下,會逼使氫原子脫離,然後碳原子被壓力所黏合,形成幾奈米(10億分之1公尺)的鑽石。

他們預測,如果海王星和天王星內發生類似的反應,鑽石可能會變得更大,甚至可能有數百萬克拉。(1克拉為0.2公克,數百萬克拉就是數百公斤)

但是不要期望這項發現,會導致鑽石礦工湧向天王星或海王星,克勞斯對表示:「在冰巨星當中形成的鑽石,是充滿雜質的球形鑽石。」

同時,這些鑽石會慢慢沉入冰巨星的核心當中,是這些行星的核心的一個厚厚的殼,由鑽石做成的殼。

克勞斯說:「有些模型預測,冰巨星核心周圍的溫度,可能會高到足以使鑽石融化,形成液態金屬碳,也許在這些碳海上,會出現浮動的鑽石冰山。這些推論是有根據的,因為有助於解釋天王星和海王星的異常磁場。但是,大多數模型表明,鑽石將在海王星和天王星的核心周圍保持固態。」

隨著這些鑽石以「下雨」的形式回落在更深層的核心裡,預計它們會產生熱量,就像流星在地球大氣層中墜落時燃燒一樣。這種高溫可能有助於解釋海王星為何比預期的更熱。

雖然我們無法開採那些鑽石,但是研究人員補充說,這個發現也許也有用途。克勞斯,微觀納米級鑽石,可以有一天用於醫學和電子等商業用途。

同時,為了製造鑽石所研發的超強雷射光,也能利用在核融合的研發,這是比鑽石更有價值的終極能源。

文章來源:Icy Planets' Diamond Rain Created in Laser Laboratory

(中時新聞網)

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