ירי פולסי לייזר חזקים לעבר פיסות פלסטיק סיפק תובנות חדשות לגבי האופן שבו יהלומים יכולים להיווצר ולהמטיר גשם על כוכבי לכת ענקי קרח כמו נפטון ואוראנוס. הניסוי של חוקרים בגרמניה, צרפת וארה"ב עשוי להוביל גם לתהליך תעשייתי טוב יותר לייצור יהלומים כאן על כדור הארץ.
חבר צוות דומיניק קראוס באוניברסיטת רוסטוק מסביר שהקבוצה השתמשה בלייזרים אופטיים פולסים אנרגטיים כדי להניע גל דחיסת הלם לתוך סרט של פלסטיק PET. לחץ הגל היה בערך פי מיליון מהלחץ האטמוספרי של כדור הארץ, המדמה תנאים כמה אלפי קילומטרים מתחת לפני השטח של ענקי קרח כמו נפטון ואוראנוס. גל ההלם עובר רק לכמה ננו-שניות, אבל זה היה מספיק זמן לצוות להשתמש בפולסי פמט-שניות מלייזרי אלקטרונים חופשיים מקרני רנטגן כדי ליצור "סרטים" של התהליכים הכימיים בתוך הדגימות הדחוסות בהלם.
"השתמשנו בשתי טכניקות אבחון עיקריות", אומר קראוס. "דיפרקציה של קרני רנטגן, שהראתה לנו שנוצרים מבני גבישי יהלומים, ופיזור של קרני רנטגן בזווית קטנה, שסיפקו את in-situ התפלגות הגודל של היהלומים שנוצרו." הוא מוסיף כי השילוב של שתי הטכניקות הללו בניסוי יחיד הוא דרך עוצמתית ביותר לאפיין תגובות כימיות בתנאים כל כך קיצוניים.
ענקי קרח ובקבוקי פלסטיק
PET הוא אותו חומר המשמש בבקבוקי פלסטיק, אך במקרה זה נעשה שימוש בסרט PET פשוט ולא בחומר העבה יותר שנמצא בבקבוקים.
"השתמשנו בפלסטיק PET מכיוון שהוא כולל תערובת של יסודות קלים שנחשבים למרכיבים העיקריים של כוכבי הלכת הענקים הקפואים: מימן, פחמן, חמצן", אומר קראוס. "במקביל, PET הוא מבחינה סטואכיומטרית תערובת של פחמן ומים. רצינו להתמודד עם השאלה האם משקעי יהלומים יכולים לקרות באמצעות דה-מיקס של פחמן ומימן בנוכחות חמצן".
בנוסף לספק תובנות חשובות לגבי תהליכים כימיים המתרחשים על כוכבי לכת מרוחקים אלה, המחקר מספק גם רמזים לגבי האופן שבו ענקי קרח יכולים ליצור שדות מגנטיים. השדה המגנטי של כדור הארץ נוצר על ידי תנועת הברזל הנוזלי בליבה החיצונית של הפלנטה שלנו. לאורנוס ולנפטון יש שדות מגנטיים שונים מאוד, אשר כמה מדענים פלנטריים מאמינים שנוצרים הרבה יותר קרוב לפני השטח של כוכבי הלכת על ידי מים סופריוניים. בצורת מים זו, אטומי החמצן יוצרים סריג גבישי שדרכו יוני מימן יכולים לזרום כמו נוזל ולכן ליצור שדות מגנטיים.
"לא ראינו עדויות ישירות להיווצרות מים סופריוניים בניסויים האלה, מכיוון שהלחץ היה כנראה נמוך מדי", אומר קראוס. "עם זאת, הפירוק שנצפה בין פחמן ומים בהחלט מצביע על היווצרות מים סופריוניים בכוכבי לכת כמו אורנוס ונפטון."
יהלומים תעשייתיים
למחקר עשויות להיות השלכות חשובות גם על הייצור התעשייתי של יהלומים.
"בניסוי שלנו היהלומים הגיעו לגדלים של בערך 2-5 ננומטר", אומר קראוס. "זה רק כמה 100 עד כמה 1000 אטומי פחמן. זה קטן יותר מפי 10,000 מעובי שערה אנושית. יש לציין שבניסויים שלנו יש ליהלומים רק ננו-שניות לצמוח. זו הסיבה שהם כל כך קטנים. בכוכבי לכת, הם כמובן יגדלו הרבה יותר בתוך מיליוני שנים".
שלבי קרח סופריוניים יכולים להסביר שדות מגנטיים יוצאי דופן סביב אורנוס ונפטון
כפי שזה נראה, השיטה המשמשת בניסוי זה אינה מייצרת מספיק ננו-יהלומים כדי להתקרב להיות תהליך תעשייתי מעשי. עם זאת, קראוס מציין שהטכניקה החדשה הרבה יותר נקייה מהשיטה הנוכחית של שימוש בחומרי נפץ לייצור ננו-יהלומים תעשייתיים. תהליכי פיצוץ אלו קשים לשליטה ומלוכלכים בהשוואה לדחיסת הלם בלייזר של פלסטיק. למרות שלא סביר שנחפור בקבוקים מהמזבלה כדי להפוך אותם ליהלומים בקנה מידה תעשייתי, קראוס מאמין שהתהליך הזה יכול להיות יעיל הרבה יותר מהשיטות הנוכחיות.
"נכון לעכשיו, אנחנו יוצרים רק כמה מיקרוגרם של ננו-יהלומים לכל זריקת לייזר", אומר קראוס. "אבל העלייה המהפכנית בשיעורי הזריקות של אותם לייזרים אמורה לאפשר ייצור של כמויות מקרוסקופיות."
המחקר מתואר ב התקדמות מדע.
