海王星和天王星等冰巨行星在我们的银河系中非常丰富。 它们的内部主要由水、甲烷和氨的稠密流体混合物组成。 由于极端条件，下雨钻石。
在之前的实验中，科学家们模拟了内部深处发现的严酷温度和压力 海王星 和 天王星的冰巨人。 他们第一次能够看到钻石雨形式。
一项新的研究发现，“钻石雨”，一种长期假设的冰巨行星上的奇异降水类型，可能比以前想象的更普遍。 该研究提供了钻石雨如何在其他行星上形成的完整画面，并且在地球上可能会导致一种制造纳米金刚石的新方法，纳米金刚石在药物输送、医疗传感器、非侵入性手术、可持续制造、和量子电子学。
Siegfried Glanzer，高能密度部主任 斯莱克， 说过， “早期的论文是我们第一次直接看到 钻石形成 从任何混合物。 从那时起，已经有许多不同纯材料的实验。 但在行星内部，情况要复杂得多。 更多的化学物质混合在一起。 因此，我们想在这里弄清楚这些额外的化学物质会产生什么样的影响。”
在之前的一项实验中，科学家们研究了一种由氢和碳组成的塑料材料，这是海王星和天王星整体化学组成的两种基本元素。 但冰巨星还包括其他元素，例如大量的 氧气 和 碳，和氢气。
在最近的一项实验中，科学家们使用 PET 塑料更准确地再现了这些行星的组成。
HZDR 的物理学家、罗斯托克大学教授 Dominik Kraus 说， “PET在碳、氢和氧之间具有良好的平衡，可以模拟冰行星的活动。”
科学家们在 SLAC 的直线加速器相干光源 (LCLS) 的极端条件物质 (MEC) 仪器上使用高功率光学激光在 PET 中产生冲击波。 然后，他们利用来自 LCLS 的 X 射线脉冲探索了塑料中发生的情况。
科学家后来使用 X 射线衍射观察材料的原子重新排列成小的钻石区域。 同时，他们使用另一种称为小角度散射的方法来测量这些区域的增长速度和大小。 这种方法帮助他们确定这些钻石区域长大到几纳米宽。 他们发现，当物质中存在氧气时，纳米金刚石可以在比之前注意到的更低的压力和温度下形成。
克劳斯说， “氧气的作用是加速碳和氢的分裂，从而促进纳米金刚石的形成。 这意味着碳原子可以更容易地结合并形成 钻石设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“
该团队还发现了超离子水可能与钻石结合出现的证据。 这种最近发现的水相通常被称为“热黑冰”，可以在非常高的压力和温度下找到。
水分子在这些严酷的条件下破裂，氧原子组织成一个晶格，氢核可以在晶格中自由移动。 由于这些自由漂浮的原子核上的电荷，超离子水可以传导电流，这可能有助于解释为什么天王星和海王星具有特殊的磁场。
这些发现也可能影响我们对遥远星系中行星的理解，因为科学家们现在认为冰巨星是我们太阳系外最常见的行星形式。
SLAC 科学家和合作者 Silvia Pandolfi 说， “我们知道地球的核心主要由铁组成，但许多实验仍在研究较轻元素的存在如何改变熔化和相变的条件。 我们的实验展示了这些元素如何改变钻石在冰巨星上形成的条件。 如果我们想准确地模拟行星，我们需要尽可能接近行星的实际组成。 行星内部设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“
该研究还指出了使用激光驱动冲击压缩从廉价 PET 塑料制造纳米金刚石的潜在途径。 这些微小的宝石目前用于研磨剂和抛光剂。 尽管如此，它们也可能在未来用于量子传感器、药用造影剂和可再生能源反应加速器。
SLAC 科学家和合作者 Benjamin Ofori-Okai 说， “目前制造纳米金刚石的方法是取一束碳或金刚石，然后用炸药将其炸毁。 这会产生各种尺寸和形状的纳米金刚石，而且很难控制。”
“我们在这个实验中看到的是同一物种在高温高压下的不同反应性。 在某些情况下，钻石似乎比其他钻石形成得更快，这表明这些其他化学物质的存在可以加速这一过程。 激光生产可以提供一种更清洁、更易于控制的纳米金刚石生产方法。 如果我们可以设计方法来改变一些关于反应性的事情，我们就可以改变它们形成的速度，从而改变它们的大小。”
科学家们正在计划使用含有乙醇、水和氨的液体样本（天王星和海王星的主要成分）进行类似的实验，这将使他们更接近于准确了解钻石雨是如何在其他行星上形成的。
SLAC 科学家和合作者 Nicholas Hartley 说过, “我们可以重新创造这些极端条件，看看这些过程如何在非常快速、非常小的范围内发挥作用，这一事实令人兴奋。 添加氧气使我们比以往任何时候都更接近了解这些行星过程的全貌，但仍有更多工作要做。 这是朝着获得最真实的混合物并了解这些材料在其他行星上的真实表现迈出的一步。”
杂志参考：
- 何志宇等。 通过小角 X 射线散射和 X 射线衍射记录的冲击压缩 C─H─O 样品中的金刚石形成动力学。 科学进展. 第 8 卷，第 35 期。DOI： 10.1126/sciadv.abo0617
