Planet es raksasa seperti Neptunus dan Uranus sangat berlimpah di galaksi kita. Interior mereka terutama terdiri dari campuran cairan padat air, metana, dan amonia. Karena kondisi ekstrim, ada hujan berlian.
Dalam percobaan sebelumnya, para ilmuwan mensimulasikan suhu yang parah, dan tekanan yang ditemukan jauh di dalam Neptunus dan Uranusraksasa es. Untuk pertama kalinya, mereka bisa menyaksikan bentuk hujan berlian.
Sebuah studi baru menemukan bahwa "hujan berlian", jenis presipitasi eksotis yang telah lama dihipotesiskan di planet raksasa es, bisa lebih umum daripada yang diperkirakan sebelumnya. Studi ini menawarkan gambaran lengkap tentang bagaimana hujan berlian terbentuk di planet lain dan, di sini di Bumi, dapat mengarah pada cara baru pembuatan berlian nano, yang memiliki beragam aplikasi dalam pengiriman obat, sensor medis, operasi noninvasif, manufaktur berkelanjutan, dan elektronika kuantum.
Siegfried Glanzer, direktur Divisi Kepadatan Energi Tinggi di SLAC, berkata, “Makalah sebelumnya adalah pertama kalinya kami melihat secara langsung formasi berlian dari campuran apapun. Sejak itu, ada banyak percobaan dengan bahan murni yang berbeda. Tapi di dalam planet, itu jauh lebih rumit; lebih banyak bahan kimia dalam campuran. Jadi, apa yang ingin kami ketahui di sini adalah efek seperti apa yang dimiliki bahan kimia tambahan ini.”
Dalam percobaan sebelumnya, para ilmuwan melihat bahan plastik yang terdiri dari hidrogen dan karbon, dua elemen penting dari susunan kimia keseluruhan Neptunus dan Uranus. Tapi raksasa es juga memasukkan elemen tambahan, seperti sejumlah besar oksigen dan karbon, dan hidrogen.
Dalam percobaan baru-baru ini, para ilmuwan menggunakan plastik PET untuk mereproduksi komposisi planet-planet ini dengan lebih akurat.
Dominik Kraus, seorang fisikawan di HZDR dan profesor di Universitas Rostock, mengatakan, “PET memiliki keseimbangan yang baik antara karbon, hidrogen, dan oksigen untuk mensimulasikan aktivitas di planet es.”
Para ilmuwan menciptakan gelombang kejut di PET menggunakan laser optik bertenaga tinggi pada instrumen Matter in Extreme Conditions (MEC) di Linac Coherent Light Source (LCLS) SLAC. Mereka kemudian mengeksplorasi apa yang terjadi di plastik dengan pulsa sinar-X dari LCLS.
Para ilmuwan kemudian menggunakan difraksi sinar-X untuk mengamati atom-atom material yang disusun ulang menjadi daerah berlian kecil. Pada saat yang sama, mereka menggunakan metode lain yang disebut hamburan sudut kecil untuk mengukur seberapa cepat dan besar wilayah tersebut tumbuh. Metode ini membantu mereka menentukan bahwa daerah berlian ini tumbuh hingga beberapa nanometer. Mereka menemukan bahwa nanodiamonds dapat berkembang pada tekanan dan suhu yang lebih rendah daripada yang dicatat sebelumnya ketika oksigen hadir dalam zat tersebut.
Kraus berkata, “Efek dari oksigen adalah untuk mempercepat pemecahan karbon dan hidrogen dan dengan demikian mendorong pembentukan nanodiamonds. Itu berarti atom karbon dapat bergabung dengan lebih mudah dan membentuk berlian. "
Tim juga menemukan bukti bahwa air superionik mungkin terjadi dalam kombinasi dengan berlian. Fase air yang baru-baru ini diidentifikasi ini sering disebut sebagai "es hitam panas," dapat ditemukan pada tekanan dan suhu yang luar biasa tinggi.
Molekul air pecah di bawah kondisi yang parah ini, dan atom oksigen tersusun menjadi kisi kristal di mana inti hidrogen bebas bergerak. Air superionik dapat menghantarkan arus listrik karena muatan listrik pada inti yang mengambang bebas ini, yang dapat membantu menjelaskan mengapa Uranus dan Neptunus memiliki medan magnet yang aneh.
Temuan ini juga dapat memengaruhi pemahaman kita tentang planet di galaksi jauh karena para ilmuwan sekarang percaya bahwa raksasa es adalah bentuk paling umum dari planet di luar tata surya kita.
Ilmuwan dan kolaborator SLAC Silvia Pandolfi berkata, “Kita tahu bahwa inti bumi sebagian besar terbuat dari besi, tetapi banyak eksperimen masih menyelidiki bagaimana keberadaan elemen yang lebih ringan dapat mengubah kondisi pelelehan dan transisi fase. Eksperimen kami menunjukkan bagaimana elemen-elemen ini dapat mengubah kondisi bentuk berlian di raksasa es. Jika kita ingin memodelkan planet secara akurat, kita harus sedekat mungkin dengan komposisi sebenarnya dari interior planet. "
Studi ini juga menunjukkan rute potensial untuk pembuatan nanodiamond dari plastik PET murah menggunakan kompresi kejut yang digerakkan oleh laser. Permata kecil ini saat ini digunakan dalam bahan abrasif dan pemoles. Namun, mereka juga dapat digunakan dalam sensor kuantum, agen kontras obat, dan akselerator reaksi energi terbarukan di masa depan.
Ilmuwan dan kolaborator SLAC Benjamin Ofori-Okai berkata, “Cara nanodiamond saat ini dibuat adalah dengan mengambil seikat karbon atau berlian dan meledakkannya dengan bahan peledak. Ini menciptakan berlian nano dengan berbagai ukuran dan bentuk dan sulit dikendalikan.”
“Apa yang kami lihat dalam eksperimen ini adalah reaktivitas berbeda dari spesies yang sama di bawah suhu dan tekanan tinggi. Dalam beberapa kasus, berlian tampaknya terbentuk lebih cepat daripada yang lain, yang menunjukkan bahwa kehadiran bahan kimia lain ini dapat mempercepat proses ini. Produksi laser dapat menawarkan metode yang lebih bersih dan lebih mudah dikontrol untuk menghasilkan berlian nano. Jika kita dapat merancang cara untuk mengubah beberapa hal tentang reaktivitas, kita dapat mengubah seberapa cepat mereka terbentuk dan seberapa besar mereka terbentuk.”
Para ilmuwan merencanakan eksperimen serupa menggunakan sampel cair yang mengandung etanol, air, dan amonia – yang sebagian besar terbuat dari Uranus dan Neptunus – yang akan membawa mereka lebih dekat untuk memahami dengan tepat bagaimana hujan berlian terbentuk di planet lain.
Ilmuwan dan kolaborator SLAC Nicholas Hartley tersebut, “Fakta bahwa kita dapat menciptakan kembali kondisi ekstrem ini untuk melihat bagaimana proses ini berlangsung dalam skala yang sangat cepat dan sangat kecil sangat menarik. Menambahkan oksigen membawa kita lebih dekat dari sebelumnya untuk melihat gambaran lengkap dari proses planet ini, tetapi masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Ini adalah langkah untuk mendapatkan campuran yang paling realistis dan melihat bagaimana bahan-bahan ini benar-benar berperilaku di planet lain.”
Referensi Jurnal:
- Zhiyu He dkk. Kinetika pembentukan berlian dalam sampel C─H─O terkompresi kejut yang direkam oleh hamburan sinar-x sudut kecil dan difraksi sinar-x. Kemajuan ilmu pengetahuan. Vol 8, Edisi 35. DOI: 10.1126/sciadv.abo0617
