研究发现冰态巨行星地下深处上演“钻石雨”_【漫步宇宙】

“富有”的星球：根据科学家的预测，天王星和海王星上形成的钻石尺寸惊人，重量估计可达到数百万克拉。...

【导读】

“钻石恒久远，一颗永流传。”如果你来到了一颗行星，那里的钻石像煤炭一样不值钱，你会怎么做？

美国SLAC国家加速器实验室进行了一项新实验，揭示海王星和天王星等冰态巨行星内部深处的氢和碳元素如何形成超大钻石。借助“极端条件下物质”（MEC）仪器的高能激光以及SLAC实验室的X射线自由电子激光——直线加速器相干光源（LCLS），德国科学家多米尼克·克劳斯率领的研究小组让聚苯乙烯内部产生冲击波，模拟海王星和天王星地下大约6200英里（约合1万公里）的环境。研究发现刊登在21日的《自然-天文学》上。

聚苯乙烯由氢和碳构成，而氢和碳正是冰态巨行星化学构成的主要成分。实验中，研究小组发现聚苯乙烯的几乎每一个原子都融入微小的钻石结构，最大宽度达到数纳米。克劳斯表示：“在冰态巨行星的中间层，甲烷形成烃链。长久以来便有假设认为，烃链能够在更深层的高压和温度的作用下，形成‘钻石雨’。借助大功率激光器以及合适的温度和压力，我们在这种塑料内形成两个冲击波。第一个冲击波规模小，速度慢，被较强的第二冲击波追上。当冲击波重叠在一起，压力达到峰值，绝大多数钻石在此时形成。”

根据科学家的预测，天王星和海王星上形成的钻石尺寸惊人，重量估计可达到数百万克拉。在数千年的岁月变迁中，这些钻石逐渐穿过两颗行星的冰层，在星核周围形成一个厚层。克劳斯说：“我们认为海王星和天王星上的钻石拥有超大结构，可能在几千年时间里沉向星核。这项实验有助于我们进一步了解系外行星的结构。此前，科学家只认为会形成钻石。看到最新的实验结果，我感到非常兴奋。这是我科学生涯中的最棒时刻之一。”

早期实验试图在类似环境下重现钻石雨的景象，但并没有实时捕获测量数据。现在，科学家能够在实验室模拟形成微小钻石的极端环境，整个过程非常短暂。MEC的高能激光和LCLS的X射线脉冲（只能持续几飞秒）双管齐下，允许克劳斯等人直接测量相关化学反应。

研究小组成员、SLAC实验室的齐格弗里德·格伦泽教授表示：“为了进行这项实验，我们使用了LCLS。它是世界上亮度最高的X射线源。你需要超快的高能X射线脉冲，如此才能清楚地看到这些钻石的结构，因为它们在实验室的形成过程非常短暂。”