Hiiglaslikke jääplaneete, nagu Neptuun ja Uraan, on meie galaktikas väga palju. Nende sisemus koosneb peamiselt vee, metaani ja ammoniaagi tihedast vedelast segust. Äärmuslike tingimuste tõttu sajab seal teemant.
Eelmises katses simuleerisid teadlased sügaval sisemuses leiduvaid raskeid temperatuure ja rõhku Neptuun ja Uraanjäähiiglased. Esimest korda said nad jälgida teemantvihma tekkimist.
Uues uuringus leiti, et teemantvihm, kaua hüpoteesitud eksootiline sademete tüüp jäähiiglaslikel planeetidel, võib olla tavalisem, kui seni arvati. Uuring annab täieliku pildi sellest, kuidas teemantvihm moodustub teistel planeetidel ja võib siin Maal viia nanoteemantide valmistamise uue viisini, millel on lai valik rakendusi ravimite kohaletoimetamisel, meditsiinilistes andurites, mitteinvasiivses kirurgias, säästvas tootmises, ja kvantelektroonika.
Siegfried Glanzer, kõrge energiatiheduse osakonna direktor aadressil SLAC, ütles, "Varem paber oli esimene kord, kui nägime otse teemandi moodustumine mis tahes segudest. Sellest ajast peale on tehtud palju katseid erinevate puhaste materjalidega. Kuid planeetide sees on see palju keerulisem; segus on palju rohkem kemikaale. Ja nii, mida me tahtsime siin välja mõelda, oli nende täiendavate kemikaalide mõju.
Eelmises katses uurisid teadlased plastmaterjali, mis koosnes vesinikust ja süsinikust, mis on Neptuuni ja Uraani üldise keemilise koostise kaks olulist elementi. Kuid jäähiiglased sisaldavad ka lisaelemente, näiteks märkimisväärses koguses hapnik ja süsinikja vesinik.
Hiljutises katses kasutasid teadlased nende planeetide koostise täpsemaks reprodutseerimiseks PET-plasti.
Dominik Kraus, HZDRi füüsik ja Rostocki ülikooli professor, ütles: "PET-il on hea tasakaal süsiniku, vesiniku ja hapniku vahel, et simuleerida jääplaneetide aktiivsust."
Teadlased lõid PET-is lööklaineid, kasutades suure võimsusega optilist laserit SLACi Linaci koherentse valgusallika (LCLS) instrumendis Matter in Extreme Conditions (MEC). Seejärel uurisid nad LCLS-i röntgenimpulssidega, mis plastikus juhtus.
Hiljem kasutasid teadlased röntgendifraktsiooni, et jälgida materjali aatomite ümberkorraldamist väikesteks teemantpiirkondadeks. Samal ajal kasutasid nad teist meetodit, mida nimetatakse väikese nurga hajutamiseks, et mõõta, kui kiiresti ja suureks need piirkonnad kasvasid. See meetod aitab neil kindlaks teha, et need teemantpiirkonnad kasvasid kuni mõne nanomeetri laiuseks. Nad avastasid, et nanoteemandid võivad areneda madalamal rõhul ja temperatuuril, kui varem märgiti, kui aines oli hapnikku.
Kraus ütles: "Hapniku mõju oli kiirendada süsiniku ja vesiniku lõhenemist ning seega soodustada nanoteemantide teket. See tähendas, et süsinikuaatomid võivad kergemini ühineda ja moodustuda ruutu. "
Meeskond avastas ka tõendeid selle kohta, et superioonvesi võib esineda koos teemantidega. Seda hiljuti tuvastatud veefaasi, mida sageli nimetatakse "kuumaks mustaks jääks", võib leida erakordselt kõrge rõhu ja temperatuuri korral.
Veemolekulid purunevad sellistes rasketes tingimustes ja hapnikuaatomid organiseeruvad kristallvõreks, kus vesiniku tuumad saavad vabalt liikuda. Superioonne vesi võib nende vabalt hõljuvate tuumade elektrilaengu tõttu juhtida elektrivoolu, mis võib aidata selgitada, miks Uraanil ja Neptuunil on omapärased magnetväljad.
Leiud võivad mõjutada ka meie arusaamist kaugete galaktikate planeetidest, kuna teadlased usuvad nüüd, et jäähiiglased on meie päikesesüsteemist väljaspool asuva planeedi kõige levinum vorm.
SLAC-i teadlane ja kaastöötaja Silvia Pandolfi ütles, "Me teame, et Maa tuum on valdavalt rauast, kuid paljud katsed uurivad endiselt, kuidas kergemate elementide olemasolu võib muuta sulamise ja faasisiirde tingimusi. Meie katse näitab, kuidas need elemendid võivad muuta tingimusi, mida teemandid jäähiiglastel moodustavad. Kui tahame planeete täpselt modelleerida, peame jõudma nii lähedale kui võimalik nende tegelikule koostisele planetaarne sisemus. "
Uuring osutab ka potentsiaalsele teele nanoteemantide valmistamiseks odavatest PET-plastidest, kasutades laseriga juhitavat lööki. Neid pisikesi kalliskive kasutatakse praegu abrasiivides ja poleerimisvahendites. Siiski võidakse neid tulevikus kasutada ka kvantandurites, meditsiinilistes kontrastainetes ja taastuvenergia reaktsioonide kiirendajates.
SLAC-i teadlane ja kaastöötaja Benjamin Ofori-Okai ütles: "Praegu valmistatakse nanoteemante nii, et võetakse hunnik süsinikku või teemanti ja puhutakse see lõhkeainetega õhku. See loob erineva suuruse ja kujuga nanoteemante ning neid on raske kontrollida.
"See, mida me selles katses näeme, on sama liigi erinev reaktiivsus kõrgel temperatuuril ja rõhul. Mõnel juhul näivad teemandid moodustuvat kiiremini kui teistel, mis viitab sellele, et nende muude kemikaalide olemasolu võib seda protsessi kiirendada. Laseri tootmine võib pakkuda puhtamat ja hõlpsamini kontrollitavat meetodit nanoteemantide tootmiseks. Kui suudame kavandada viise, kuidas reaktiivsuse asjus muuta, saame muuta nende moodustumise kiirust ja seega ka seda, kui suureks nad muutuvad.
Teadlased kavandavad sarnaseid katseid, kasutades vedelaid proove, mis sisaldavad etanooli, vett ja ammoniaaki – millest Uraan ja Neptuun enamasti koosnevad –, mis aitavad neil paremini mõista, kuidas teemantvihmad teistel planeetidel tekivad.
SLAC teadlane ja kaastöötaja Nicholas Hartley ütles, „Põnev on asjaolu, et saame need ekstreemsed tingimused uuesti luua, et näha, kuidas need protsessid väga kiiresti ja väga väikeses mastaabis toimuvad. Hapniku lisamine toob meid planeediprotsesside täieliku pildi nägemiseks lähemale kui kunagi varem, kuid tööd on veel palju. See on samm selle poole, et saada kõige realistlikum segu ja näha, kuidas need materjalid teistel planeetidel tegelikult käituvad.
Ajakirja viide:
- Zhiyu He et al. Teemantide moodustumise kineetika šokiga kokkusurutud C─H─O proovides, mis on registreeritud väikese nurga röntgenikiirguse hajumise ja röntgendifraktsiooniga. Teadus ettemaksed. Vol 8, Issue 35. DOI: 10.1126/sciadv.abo0617
