На Нептуні і Урані дійсно йдуть дощі з алмазів: Американські вчені вразили новими доказами

Обидві ці планети належать до так званих крижаних гігантів, хоча насправді речовина, з якої вони складаються, знаходиться в рідко-газоподібному стані, а її температура досягає декількох тисяч градусів.

Атмосфера як Урана, так і Нептуна, складається в основному з гелію і водню, але глибше знаходяться більш важкі елементи і речовини, в тому числі метан. Відповідно до гіпотези, на глибині близько 7 тис. км температура і тиск досягають такої величини, що метан повинен розпадатися на вуглець і водень.

В результаті більш легкий водень піднімається в атмосферу, а вуглець під дією навколишнього середовища перетворюється на кристали алмазу і, навпаки, повільно опускається ближче до кам'яно-крижаного ядра.

Щоб підтвердити цю теорію, дослідники американської Національної прискорювальної лабораторії SLAC при Стенфордському університеті вирішили відтворити на Землі умови, близькі до тих, що можна знайти в глибинах Урану.

Зробити це відкриття вченим зі SLAC вдалося за допомогою унікальної апаратури лабораторії, а замість метану (CH4) вони використовували стирол (C8H8) - його фізичні властивості більше схожі на речовину, на яку перетворюється метан при настільки колосальному тиску і температурі.

При чому тут слони?

За допомогою лазера на вільних електронах LCLS (Linac Coherent Light Source) стирол розігріли до нормальної температури 5000 кельвінів (приблизно настільки спекотно, якщо забратися всередину Урана або Сатурна на 10 тисяч кілометрів), а тиск збільшили до 1,5 млн бар - за словами одного з авторів експерименту, «це все одно що поставити 250 африканських слонів на ніготь великого пальця».

В результаті їм вдалося побачити, як вуглець перетворюється на алмази, а частина речовини, що залишилася, виділяється у вигляді чистого водню. Перший в світі рентгенівський випромінювач на вільних електронах був розроблений в тій же лабораторії. Він посилює рентгенівські хвилі, генеруючи лазерне випромінювання без використання системи дзеркал, і за рахунок цього дозволяє проводити більш точні вимірювання.

Теорія виникнення алмазів на крижаних гігантах була висунута кілька десятиліть тому - і з тих пір неодноразово підтверджувалася як розрахунками, так і експериментально. У 2017 році її майже вдалося довести фахівцям все тієї ж лабораторії SLAC в Каліфорнії. Тоді вони використовували оптичний лазер Matter in Extreme Conditions (MEC), але тепер - за допомогою нового точного обладнання - процес перетворення вуглецю на алмази вивчений значно більш докладно.

Про Урані і Нептун - найвіддаленіші планети нашої Сонячної системи - вченим відомо порівняно небагато. Обидві вони знаходяться настільки далеко від Землі, що дістатися до них вдалося тільки космічному зонду «Вояджер-2» - але і той лише пролетів повз них, оскільки у нього не було завдання пильно вивчати ці планети.

За даними НАСА, в нашій галактиці приблизно в 10 разів більше крижаних гігантів, схожих на Уран і Нептун (іноді їх так і називають - холодний Нептун), ніж так званих холодних Юпітерів (до них в Сонячній системі належать сам Юпітер і Сатурн).

Нове відкриття це, в свою чергу, підтверджує і ще одну гіпотезу вчених. Справа в тому, що Нептун випромінює приблизно в 2,6 рази більше енергії, ніж отримує від Сонця. По всій видимості, якщо до ядра планети дійсно постійно опускаються алмази, то їх гравітаційна енергія перетворюється в теплову за рахунок тертя з іншими матеріалами, що і розігріває планету.