钻石天王星和海王

在太阳系的这两颗蓝色行星上，此刻正下着“钻石雨”

美科学家在实验室再现天王星和海王星的“钻石雨”。...

美科学家在实验室再现天王星和海王星的“钻石雨”。

天王星。NASA

雨，在古代汉语里有时候是被当作一个动词来用的，意为降落。比如自然界的下雨，又比如下雪，又比如下冰雹。但无论是雨、雪还是雹，都是水的化身。

有许多天体会下雨。但在别的行星上，从空中降落的，可不一定都是水的化身。比如火星上也会下雪，但那里下的雪，多半是干冰，也就是固态的二氧化碳。又比如土卫六也会下雨，但它的雨既不是水，也不是二氧化碳，而是液态的甲烷。冥王星上可能也会飘雪，但那里的雪也不是凝固的水，而是冰点更低的挥发性物质。

太阳系中最怪的雨，可能要算天王星和海王星这样的“冰巨星”下的雨了。那里下的雨超乎我们的想像力。那里下的是钻石雨。

海王星。NASA

最近，美国斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室的科研人员，在实验中再现了冰巨星上的钻石雨。一劳永逸地宣告，这种奇特的雨在天王星和海王星的环境中可能确实存在。

美国国家加速器实验室的科研人员在实验中利用X射线脉冲，获得了原子级别精度的监视能力。利用这一能力，科研人员可以发现冲击波穿越“塑料”时产生的微型钻石颗粒，这种情形可能会在更大尺度的行星大气中发生。

这里说的“塑料”，指的是一种名为聚苯乙烯的化合物。它含有氢和碳元素。而氢和碳在天王星和海王星上含量丰富。在这些行星大气中，甲烷能够形成碳氢链，而这种分子结构在合适的温度和压力下，能够形成钻石。

满足这些条件的地方，位于这些行星云顶下方至少大约8000公里处。钻石在那里成形并沉入大气更深处，形成“钻石雨”。

冰巨星内部的钻石雨。Greg Stewart / 美国斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室

虽然这一假说已经存在了几十年，但还从未有人在地球上做过实验，也没有人在实验中观察到过“钻石雨”。主要原因是天王星和海王星内部环境的温度和压力在实验室中很难实现。部分实验产生过钻石，但是在低压和其它物质参与的情况下。

现在，科研人员利用光学激光在天王星和海王星温度压力环境下，对聚苯乙烯样本进行多次冲击，随后用X射线脉冲在这些塑料内部监测到了由碳原子组合成的钻石微粒，也就是所谓的“纳米钻石”。这些钻石是在冲击波重叠处，在高压下产生的。

这一研究成果不但有助于我们了解天王星和海王星的内部环境，对于系外行星的研究也极有裨益。通过这样的研究，我们可以更好地了解元素在大气中的结合方式，建立更好的气候模型。这不仅仅指的是它们的天气，还有驱动这些天气的能量来源。钻石雨在沉入行星大气深处的过程中会产生热量，进而对大气的循环及其它环境因素产生影响。

纳米钻石的成功复现，同样有益于我们的日常生活。它们可以被运用在医疗和工业中。我们可以利用激光来生产纳米钻石，而此前它们只会在爆炸中偶尔出现。