سیارات غول پیکر یخی مانند نپتون و اورانوس در کهکشان ما بسیار فراوان هستند. فضای داخلی آنها عمدتاً از مخلوط سیال متراکمی از آب، متان و آمونیاک تشکیل شده است. با توجه به شرایط سخت، باران الماس وجود دارد.
در آزمایش قبلی، دانشمندان دماهای شدید و فشارهای موجود در اعماق داخل را شبیه سازی کردند نپتون و اورانوسغول های یخی آنها برای اولین بار توانستند شکل باران الماس را تماشا کنند.
یک مطالعه جدید نشان داده است که "باران الماس"، یک نوع بارش عجیب و غریب در سیارات غول پیکر یخی، می تواند شایع تر از آنچه قبلا تصور می شد باشد. این مطالعه تصویر کاملی از چگونگی شکل‌گیری باران الماس در سیارات دیگر و در اینجا روی زمین ارائه می‌دهد که می‌تواند منجر به راه جدیدی برای ساخت نانوالماس شود که کاربردهای گسترده‌ای در دارورسانی، حسگرهای پزشکی، جراحی غیرتهاجمی، تولید پایدار دارد. و الکترونیک کوانتومی
زیگفرید گلنزر، مدیر بخش چگالی انرژی بالا در SLAC، گفت ، مقاله قبلی اولین باری بود که مستقیماً دیدیم تشکیل الماس از هر مخلوط از آن زمان تاکنون، آزمایش های زیادی با مواد خالص مختلف انجام شده است. اما در داخل سیارات، این بسیار پیچیده تر است. مواد شیمیایی بسیار بیشتری در این مخلوط وجود دارد. و بنابراین، آنچه ما می‌خواستیم در اینجا بفهمیم این بود که این مواد شیمیایی اضافی چه نوع تأثیری دارند.»
در آزمایش قبلی، دانشمندان به یک ماده پلاستیکی متشکل از هیدروژن و کربن، دو عنصر ضروری ترکیب شیمیایی کلی نپتون و اورانوس، نگاه کردند. اما غول‌های یخی شامل عناصر اضافی نیز هستند، مانند مقادیر قابل توجهی از اکسیژن و کربن، و هیدروژن.
در آزمایش اخیر، دانشمندان از پلاستیک PET برای بازتولید ترکیب این سیارات با دقت بیشتری استفاده کردند.
دومینیک کراوس، فیزیکدان در HZDR و استاد دانشگاه روستوک، گفت: PET تعادل خوبی بین کربن، هیدروژن و اکسیژن برای شبیه سازی فعالیت در سیارات یخی دارد.
دانشمندان امواج ضربه ای را در PET با استفاده از یک لیزر نوری پرقدرت در ابزار Matter in Extreme Conditions (MEC) در منبع نور منسجم Linac (LCLS) SLAC ایجاد کردند. آنها سپس با پالس های اشعه ایکس از LCLS به بررسی آنچه در پلاستیک افتاد پرداختند.
دانشمندان بعداً از پراش پرتو ایکس برای تماشای بازآرایی اتم‌های این ماده در مناطق کوچک الماس استفاده کردند. در همان زمان، آنها از روش دیگری به نام پراکندگی زاویه کوچک برای اندازه گیری سرعت و بزرگی آن مناطق استفاده کردند. این روش به آنها کمک می کند تا تعیین کنند که این مناطق الماس تا چند نانومتر بزرگ شده اند. آنها کشف کردند که نانوالماس‌ها می‌توانند در فشارها و دماهای کمتری نسبت به زمانی که اکسیژن در ماده وجود داشت، رشد کنند.
کراوس گفت اثر اکسیژن تسریع شکافتن کربن و هیدروژن و در نتیجه تشویق تشکیل نانوالماس بود. این بدان معناست که اتم‌های کربن می‌توانند راحت‌تر ترکیب شوند و تشکیل شوند الماس"
این تیم همچنین شواهدی را کشف کردند که نشان می دهد آب فوق یونی ممکن است در ترکیب با الماس وجود داشته باشد. این فاز آبی که اخیراً شناسایی شده است که اغلب به عنوان "یخ سیاه و داغ" شناخته می شود، می تواند در فشارها و دماهای فوق العاده بالا یافت شود.
مولکول‌های آب در این شرایط سخت شکسته می‌شوند و اتم‌های اکسیژن در یک شبکه کریستالی سازماندهی می‌شوند که در آن هسته‌های هیدروژن آزادانه حرکت می‌کنند. آب ابریونیک به دلیل بار الکتریکی روی این هسته‌های شناور آزاد می‌تواند جریان الکتریکی را هدایت کند، که ممکن است به توضیح اینکه چرا اورانوس و نپتون دارای میدان‌های مغناطیسی عجیب و غریب هستند کمک کند.
این یافته‌ها همچنین می‌تواند بر درک ما از سیارات در کهکشان‌های دور تأثیر بگذارد، زیرا اکنون دانشمندان بر این باورند که غول‌های یخی رایج‌ترین شکل سیاره‌های خارج از منظومه شمسی هستند.
سیلویا پاندولفی، دانشمند و همکار SLAC گفت: ما می دانیم که هسته زمین عمدتاً از آهن ساخته شده است، اما بسیاری از آزمایشات هنوز در حال بررسی این موضوع هستند که چگونه حضور عناصر سبک تر می تواند شرایط ذوب و انتقال فاز را تغییر دهد. آزمایش ما نشان می دهد که چگونه این عناصر می توانند شرایط شکل گیری الماس در غول های یخی را تغییر دهند. اگر می‌خواهیم سیارات را با دقت مدل‌سازی کنیم، باید تا جایی که می‌توانیم به ترکیب واقعی سیارات نزدیک شویم فضای داخلی سیاره ای"
این مطالعه همچنین به یک مسیر بالقوه برای تولید نانوالماس از پلاستیک‌های PET ارزان قیمت با استفاده از فشرده‌سازی شوک لیزری اشاره می‌کند. این جواهرات ریز در حال حاضر در مواد ساینده و پولیش استفاده می شود. با این حال، ممکن است در آینده در حسگرهای کوانتومی، عوامل کنتراست دارویی و شتاب‌دهنده‌های واکنش انرژی تجدیدپذیر نیز مورد استفاده قرار گیرند.
بنجامین اوفوری اوکای، دانشمند و همکار SLAC گفت: روشی که در حال حاضر نانوالماس‌ها ساخته می‌شوند این است که دسته‌ای از کربن یا الماس را می‌گیرند و آن را با مواد منفجره منفجر می‌کنند. این باعث ایجاد نانوالماس در اندازه ها و شکل های مختلف می شود و کنترل آن سخت است.
آنچه ما در این آزمایش می‌بینیم واکنش‌پذیری متفاوت همان گونه تحت دما و فشار بالا است. در برخی موارد، به نظر می‌رسد که الماس‌ها سریع‌تر از موارد دیگر تشکیل می‌شوند، که نشان می‌دهد وجود این مواد شیمیایی دیگر می‌تواند این فرآیند را تسریع کند. تولید لیزر می‌تواند روشی تمیزتر و کنترل‌شده‌تر برای تولید نانوالماس ارائه دهد. اگر بتوانیم راه‌هایی برای تغییر برخی چیزها در مورد واکنش‌پذیری طراحی کنیم، می‌توانیم سرعت شکل‌گیری و در نتیجه بزرگ شدن آنها را تغییر دهیم.»
دانشمندان در حال برنامه‌ریزی آزمایش‌های مشابهی با استفاده از نمونه‌های مایع حاوی اتانول، آب و آمونیاک هستند - چیزی که اورانوس و نپتون بیشتر از آن ساخته شده‌اند - که آنها را به درک دقیق چگونگی شکل‌گیری باران الماس در سیارات دیگر نزدیک‌تر می‌کند.
نیکلاس هارتلی، دانشمند و همکار SLAC گفت:, این واقعیت که ما می‌توانیم این شرایط شدید را بازسازی کنیم تا ببینیم چگونه این فرآیندها در مقیاس‌های بسیار سریع و بسیار کوچک انجام می‌شوند، هیجان‌انگیز است. افزودن اکسیژن ما را بیشتر از همیشه به دیدن تصویر کامل این فرآیندهای سیاره ای نزدیک می کند، اما هنوز کارهای بیشتری برای انجام دادن وجود دارد. این گامی به سوی دستیابی به واقع بینانه ترین ترکیب و مشاهده رفتار واقعی این مواد در سیارات دیگر است.
مرجع مجله:
- Zhiyu He و همکاران. سینتیک تشکیل الماس در نمونه‌های C─H─O فشرده شده با شوک که با پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک و پراش اشعه ایکس ثبت شده است. با پیشرفتهای علمی. جلد 8، شماره 35. DOI: 10.1126/sciadv.abo0617
