해왕성과 천왕성과 같은 얼음 거대 행성은 우리 은하에 매우 풍부합니다. 그들의 내부는 주로 물, 메탄 및 암모니아의 조밀한 유체 혼합물로 구성됩니다. 극한 상황으로 인해 다이아몬드 비가 내립니다.
이전 실험에서 과학자들은 내부 깊숙한 곳에서 발견되는 극심한 온도와 압력을 시뮬레이션했습니다. Neptune 과 천왕성의 얼음 거인. 그들은 처음으로 다이아몬드 비 형태를 볼 수 있었습니다.
새로운 연구에 따르면 얼음 거성 행성에서 오랫동안 가정되어온 이국적인 유형의 강수량인 "다이아몬드 비"가 이전에 생각했던 것보다 더 흔할 수 있습니다. 이 연구는 다른 행성에서 다이아몬드 비가 어떻게 형성되는지에 대한 완전한 그림을 제공하고 여기 지구에서는 약물 전달, 의료 센서, 비침습적 수술, 지속 가능한 제조, 및 양자 전자.
Siegfried Glanzer, 고에너지 밀도 사업부 책임자 SLAC말했다 “이전 논문은 우리가 직접 본 것은 처음이었다. 다이아몬드 형성 모든 혼합물에서. 그 이후로 다양한 순수 물질로 많은 실험이 이루어졌습니다. 그러나 행성 내부에서는 훨씬 더 복잡합니다. 더 많은 화학 물질이 혼합되어 있습니다. 그래서 우리가 여기서 파악하고 싶었던 것은 이러한 추가 화학 물질이 어떤 종류의 영향을 미치는지였습니다.”
이전 실험에서 과학자들은 해왕성과 천왕성의 전체 화학적 구성의 두 가지 필수 요소인 수소와 탄소로 구성된 플라스틱 재료를 조사했습니다. 그러나 얼음 거인에는 상당한 양의 얼음과 같은 추가 요소도 포함되어 있습니다. 산소 과 탄소, 및 수소.
최근 실험에서 과학자들은 PET 플라스틱을 사용하여 이러한 행성의 구성을 보다 정확하게 재현했습니다.
HZDR의 물리학자이자 Rostock 대학의 교수인 Dominik Kraus는 다음과 같이 말했습니다. "PET는 탄소, 수소 및 산소 사이의 균형이 잘 잡혀 있어 얼음 행성의 활동을 시뮬레이션합니다."
과학자들은 SLAC의 LCLS(Linac Coherent Light Source)에 있는 MEC(Matter in Extreme Conditions) 기기에서 고출력 광학 레이저를 사용하여 PET에 충격파를 생성했습니다. 그런 다음 그들은 LCLS의 X선 펄스로 플라스틱에서 무슨 일이 일어났는지 조사했습니다.
과학자들은 나중에 X선 회절을 사용하여 물질의 원자가 작은 다이아몬드 영역으로 재배열되는 것을 관찰했습니다. 동시에 그들은 소각 산란이라는 또 다른 방법을 사용하여 해당 영역이 얼마나 빠르고 크게 성장했는지 측정했습니다. 이 방법은 이 다이아몬드 영역이 몇 나노미터 너비까지 성장했음을 결정하는 데 도움이 됩니다. 그들은 나노다이아몬드가 물질에 산소가 존재할 때 이전에 언급된 것보다 더 낮은 압력과 온도에서 발달할 수 있다는 것을 발견했습니다.
크라우스가 말했다. “산소의 효과는 탄소와 수소의 분해를 가속화하여 나노다이아몬드의 형성을 촉진하는 것이었습니다. 그것은 탄소 원자가 더 쉽게 결합하여 다이아몬드. "
팀은 또한 다이아몬드와 결합하여 초이온수가 발생할 수 있다는 증거를 발견했습니다. 최근에 확인된 이 수상은 "뜨거운 블랙 아이스"로 자주 언급되며, 매우 높은 압력과 온도에서 발견될 수 있습니다.
물 분자는 이러한 가혹한 조건에서 부서지고 산소 원자는 수소 핵이 자유롭게 이동할 수 있는 결정 격자로 구성됩니다. 초이온수는 이러한 자유 부동 핵의 전하로 인해 전류를 전도할 수 있으며, 이는 천왕성과 해왕성이 독특한 자기장을 갖는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.
과학자들은 이제 얼음 거인이 우리 태양계 외부 행성의 가장 흔한 형태라고 믿기 때문에 이번 발견은 먼 은하에 있는 행성에 대한 우리의 이해에도 영향을 미칠 수 있습니다.
SLAC 과학자이자 협력자인 Silvia Pandolfi는 다음과 같이 말했습니다. “우리는 지구의 핵이 주로 철로 이루어져 있다는 것을 알고 있지만, 더 가벼운 원소의 존재가 어떻게 녹고 상전이 조건을 변경할 수 있는지 많은 실험이 여전히 조사되고 있습니다. 우리의 실험은 이러한 요소가 얼음 거인에서 다이아몬드가 형성되는 조건을 어떻게 바꿀 수 있는지 보여줍니다. 행성을 정확하게 모델링하려면 행성의 실제 구성에 최대한 근접해야 합니다. 행성 내부. "
이 연구는 또한 레이저 구동 충격 압축을 사용하여 저렴한 PET 플라스틱에서 나노다이아몬드를 제조할 수 있는 잠재적인 경로를 지적합니다. 이 작은 보석은 현재 연마제 및 연마제로 사용됩니다. 그러나 미래에는 양자 센서, 의약 조영제 및 재생 에너지 반응 가속기에도 활용될 수 있습니다.
SLAC 과학자이자 협력자인 Benjamin Ofori-Okai는 다음과 같이 말했습니다. “나노다이아몬드가 현재 만들어지는 방식은 탄소나 다이아몬드 다발을 폭발물로 부수는 것입니다. 이것은 다양한 크기와 모양의 나노 다이아몬드를 생성하고 제어하기 어렵습니다.”
“이 실험에서 우리가 보고 있는 것은 고온과 고압에서 같은 종의 다른 반응성입니다. 어떤 경우에는 다이아몬드가 다른 것보다 더 빨리 형성되는 것으로 보이며, 이는 이러한 다른 화학 물질의 존재가 이 과정을 가속화할 수 있음을 시사합니다. 레이저 생산은 나노다이아몬드를 생산하는 더 깨끗하고 더 쉽게 제어되는 방법을 제공할 수 있습니다. 반응성에 대한 몇 가지 사항을 변경하는 방법을 설계할 수 있다면 그것이 형성되는 속도와 크기가 커지는 방식을 변경할 수 있습니다.”
과학자들은 천왕성과 해왕성이 주로 구성되어 있는 에탄올, 물, 암모니아를 함유한 액체 샘플을 사용하여 유사한 실험을 계획하고 있으며, 이를 통해 다른 행성에서 다이아몬드 비가 어떻게 형성되는지 정확히 이해하게 될 것입니다.
SLAC 과학자이자 협력자인 Nicholas Hartley 말했다, “우리가 이러한 극한 조건을 재현하여 이러한 프로세스가 매우 빠르고 매우 작은 규모에서 어떻게 진행되는지 확인할 수 있다는 사실은 흥미진진합니다. 산소를 추가하면 이러한 행성 과정의 전체 그림을 볼 수 있는 그 어느 때보다 가까워지지만 아직 해야 할 일이 더 있습니다. 가장 현실적인 혼합물을 얻고 이러한 재료가 다른 행성에서 실제로 어떻게 작용하는지 확인하는 단계입니다.”
저널 참조 :
- Zhiyu Heet al. 소각 X선 산란 및 X선 회절에 의해 기록된 충격 압축 C─H─O 샘플의 다이아몬드 형성 동역학. 과학의 발전. 8권, 35호. DOI: 10.1126/sciadv.abo0617
