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海王星和天王星內(nèi)部存在鉆石雨

小知識(shí)鉆石雨海王星


海王星和天王星內(nèi)部存在鉆石雨



【海王星和天王星內(nèi)部存在鉆石雨】據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道 ， 在海王星和天王星的太空深處 ， 可能正在下著鉆石雨 。 目前 ， 科學(xué)家已經(jīng)提出最新實(shí)驗(yàn)證據(jù) ， 證實(shí)鉆石雨是如何實(shí)現(xiàn)的 。
有一種假說(shuō)認(rèn)為 ， 海王星和天王星表面之下數(shù)千公里處的高溫和高壓環(huán)境會(huì)使碳?xì)浠衔锓至?， 碳將壓縮為鉆石 ， 并向行星內(nèi)核更深處下沉 。
以下為枯燥的實(shí)驗(yàn)與解釋 ， 看不懂的請(qǐng)自行略過(guò) 。 。 。

最新實(shí)驗(yàn)使用美國(guó)斯坦福國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的直線加速器相干光源（LCLS）X射線激光 ， 對(duì)這種“鉆石雨”過(guò)程如何發(fā)生進(jìn)行精確測(cè)量 ， 并發(fā)現(xiàn)碳會(huì)直接轉(zhuǎn)變成水晶鉆石 。
等離子體物理學(xué)家邁克·鄧恩解釋稱 ， 這項(xiàng)研究提供了關(guān)于一種非常難以模擬計(jì)算的數(shù)據(jù)：兩種元素“溶混性”或者它們?cè)诨旌蠒r(shí)如何結(jié)合 ， 我們觀察到了兩種成分是如何分離的 ， 就像沙拉醬再次分離為油和醋一樣 。
海王星和天王星是太陽(yáng)系中最不為人知的行星 ， 它們的距離非常遙遠(yuǎn) ， 令人望而卻步 ， 迄今只有太空探測(cè)器“旅行者2號(hào)”曾接近它們 ， 而且僅是短暫時(shí)間飛越 ， 不是執(zhí)行長(zhǎng)期任務(wù) 。
事實(shí)上 ， 類(lèi)似海王星和天王星這樣的冰巨星在銀河系中非常普遍 ， 依據(jù)美國(guó)宇航局觀測(cè)數(shù)據(jù) ， 銀河系內(nèi)此類(lèi)冰巨星比類(lèi)木星多10倍 。
因此 ， 理解太陽(yáng)系的冰巨星對(duì)于分析行星在星系中如何進(jìn)化演變至關(guān)重要 ， 為了更好地理解它們 ， 我們需要知道在寧?kù)o的藍(lán)色外殼之下究竟發(fā)生了什么 。
海王星和天王星內(nèi)部存在鉆石雨



我們知道海王星和天王星的大氣主要是由氫和氦組成 ， 還有少量甲烷 ， 在這些大氣層之下 ， 一種由水、甲烷和氨等“冰物質(zhì)”構(gòu)成的超熱、超密度流體包裹在行星內(nèi)核周?chē)?。
幾十年前的計(jì)算實(shí)驗(yàn)表明 ， 在足夠的壓力溫度條件下 ， 甲烷可以分解成鉆石 ， 這表明在這種高溫、致密物質(zhì)中可以形成鉆石 。
之前德國(guó)物理學(xué)家多米尼克·克勞斯在美國(guó)斯坦福直線加速器中心進(jìn)行實(shí)驗(yàn) ， 使用X射線衍射證實(shí)該實(shí)驗(yàn)結(jié)論 。 目前 ， 克勞斯和同事將他們的研究向前推進(jìn)了一步 。
克勞斯說(shuō)：“我們現(xiàn)在擁有一個(gè)基于X射線衍射的非常有前景的新方法 ， 我們的實(shí)驗(yàn)提供了重要模型參數(shù) ， 在此之前的實(shí)驗(yàn)中存在諸多不確定性 ， 隨著近年我們發(fā)現(xiàn)的系外行星越來(lái)越多 ， 這一點(diǎn)就變得不重要了 。 ”
在實(shí)驗(yàn)室復(fù)制巨行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)挑戰(zhàn) ， 研究人員需要一些精密設(shè)備 ， 例如：直線加速器相干光源 ， 同時(shí) ， 還需要一種物質(zhì)來(lái)復(fù)制巨行星內(nèi)部 ， 為此 ， 研究小組使用碳?xì)渚郾揭蚁–8H8）代替甲烷（CH4） 。
實(shí)驗(yàn)第一步是對(duì)材料進(jìn)行加熱加壓 ， 從而復(fù)制海王星地下1萬(wàn)公里處的內(nèi)部環(huán)境：光學(xué)激光脈沖在碳?xì)渚郾揭蚁┲挟a(chǎn)生沖擊波 ， 使材料加熱至大約4727攝氏度 ， 從而形成強(qiáng)大壓力 。
克勞斯說(shuō)：“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室制造了15萬(wàn)兆帕的壓力 ， 這相當(dāng)于將250頭非洲大象的重量放置在拇指甲上產(chǎn)生的壓力 。 ”
在之前的實(shí)驗(yàn)中 ， 我們使用X射線衍射來(lái)探測(cè)材料 ， 這對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的材料非常有效 ， 但對(duì)非晶體分子就不那么有效 ， 所以形成的圖像并不完整 。 目前 ， 在最新實(shí)驗(yàn)中 ， 研究小組使用了另一種方法 ， 能夠測(cè)量X射線是如何散射聚苯乙烯中的電子 。
這不僅能讓他們觀察到碳轉(zhuǎn)化為鉆石的過(guò)程 ， 還能觀察到樣本的其他部分發(fā)生了什么——它分裂成氫 ， 幾乎沒(méi)有剩余的碳 。

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