Czy Uran i Neptun skrywają diamentowe oceany?

0

Czy dwie najmniejsze planety gazowe w naszym Układzie Słonecznym mogą posiadać oceany płynnych diamentów? Zgodnie z najnowszymi badaniami opublikowanymi na łamach czasopisma Nature Physics jest to całkiem prawdopodobne – możliwe również, że po ich powierzchni pływają prawdziwe, diamentowe ‘góry lodowe’. Wnioski te opierają się na dokładnych pomiarach temperatury topnienia diamentu, które pokazały, że zachowuje się on w sposób bardzo zbliżony do wody – topi się i zestala podobnie jak ona, zaś jego trwałe formy unoszą się na płynnej powierzchni.

Choć diament jest dość często występującym materiałem na Ziemi, to jego temperatura topnienia nigdy nie była wcześniej mierzona. Powodem tego stanu rzeczy jest fakt, iż nie wystarczy jedynie podnieść jego temperatury – podgrzany węgiel spala się niemal bez reszty. Aby móc go stopić konieczne jest również podniesienie ciśnienia i to do bardzo wysokich wartości, a to dodatkowo utrudnia uzyskanie właściwego odczytu temperatury, w której zmienia on stan skupienia.

Innym problemem są same właściwości diamentu – jego struktura ulega zmianie wraz ze wzrostem temperatury, co w ekstremalnych sytuacjach może doprowadzić do jego przemiany w grafit, który następnie staje się płynny.

Cała sztuka polega zatem na takim podgrzewaniu diamentu, by jednocześnie nie dopuścić do jego transformacji. Oczywiście sztuka ta udała się w laboratoriach już wcześniej, jednak za każdym razem nie udawało się zarejestrować precyzyjnej temperatury przejścia fazowego.

Problem ten postanowił rozwiązać zespół naukowców z Lawrence Livermore National Laboratory. Do testu posłużył niewielki, ważący 0,1 karata, naturalny, czysty diament, na którym skupiono silne wiązki lasera. Wytworzone ciśnienie było porównywalne do tych, które występują  głęboko we wnętrzach gazowych gigantów takich jak Uran czy Neptun. Następnie stopniowo zmniejszano ciśnienie z początkowych 40 do 11 milionów atmosfer jednocześnie redukując temperaturę. Przy około 50.000 stopni zarejestrowano pojawienie się niewielkich, stałych diamentów – dalece ciekawszym jednak było ich zachowanie. Diamenty te nie tonęły, lecz unosiły się na powierzchni, analogiczne do gór lodowych.

Większość materiałów reaguje w sposób zgoła odmienny, zazwyczaj będąc cięższymi w stanie stałym z powodu swojej większej gęstości. Woda jest tutaj wyjątkiem – kiedy zamarza, jej cząsteczki ustawiają się w sposób, który powoduje, że jej gęstość maleje o około 10% – z tego względu właśnie lód unosi się na powierzchni morza, co można było zresztą doświadczyć tej zimy przyglądając się rzekom czy jeziorom.

Co ciekawe – występowanie diamentowych oceanów gdzieś pod warstwą chmur Urana czy Neptuna może wyjaśnić zagadkowe anomalie magnetycznych biegunów tych planet. Otóż na obu planetach odbiegają one od osi północ-południe nawet o 60 stopni – gdyby taka sytuacja występowała na Ziemi, to nasz biegun północny znajdowałby się gdzieś na terenie Teksasu. Według J. H. Eggerta – jednego z członków zespołu badawczego – diamentowe oceany mogą być prawdopodobnym wyjaśnieniem odczytów, ponieważ mogą wpływać na pola magnetyczne tych planet, a potrzebny do ich istnienia węgiel może stanowić nawet 10% składu chemicznego tych ciał kosmicznych.

Przekrój pokazujący wewnętrzną strukturę Neptuna, credit: Lunar and Planetary Institute

Badania są pewnym uzupełnieniem eksperymentu przeprowadzonego na Uniwersytecie Berkeley w 1999 roku, kiedy to udało się zaobserwować wytworzenie diamentowego pyłu z metanu, poddanego działaniu wysokiego ciśnienia i temperatury. Metanu, który występuje przecież na obu tych planetach.

Pomysł istnienia diamentowych oceanów nie jest nowy – koncepcje tego typu pojawiały się już w nauce, niejednokrotnie przedostając się nawet do literatury science-fiction. Doświadczenie przeprowadzone przez naukowców z Kalifornii pokazuje, że domysły te mogą być bliższe prawdy niż wcześniej sądzono.

Czy tak jest jednak w istocie nie wiadomo. Do tej pory badania tych dwóch planet były bardzo ograniczone ze względu na dzielącą je odległość od Ziemi – nasza wiedza opiera się głównie na materiale uzyskanym przez obserwatoria naziemne i orbitalne, oraz pojedyncze przeloty sondy Voyager II. Oznacza to, że zagadka ta moze zostać rozwiązana jedynie na dwa możliwe sposoby – przez wysłanie misji kosmicznej, która dokładniej zbada przynajmniej jedną z tych planet lub w wyniku zaawansowanego modelowania komputerowego.

Źródło: Discovery News

Share.

Comments are closed.