На самом деле ученые давно предполагали, что внутри ледяных гигантов могут идти дожди из драгоценных камней. Глубоко внутри этих планет высокие температуры и сильное давление оказывали воздействие на углеводороды, в следствие чего шел алмазный дождь.

Конечно, для нас это явление может казаться фантастическим, однако далеко за пределами Земли – это вполне нормальное явление. Для того, чтобы подтвердить или опровергнуть данную информацию деятели науки воссоздали данный процесс у себя в лабораториях. Теперь доказано, что алмазные дожди – это реальное явление.

В Солнечной системе есть отдаленные планеты, которые называют ледяными гигантами, люди именовали их как Нептун и Уран. Они соответственно в 17 и 15 раз больше массы Земли. На этих планетах есть атмосферы, которые богаты газами, включая водород и гелий, также они имеют твердые ядра.

Нептун и Уран в основном представляют собой огромные океаны, они никоим образом не похожи на те океаны, которые находятся на нашей планете. Океаны на ледяных гигантах состоят из аммиака и веществ, известных как углеводороды – молекулы, такие как метан, состоящие из водорода и углерода.

Далеко в глубине этих планет происходят невероятные вещи: очень высокая температура, и сильное давление производят воздействие непосредственно на углеводороды. В следствии таких процессов возникают алмазы, которые в последствии выпадают в виде алмазных дождей.

Основываясь на химических процессах, которые проходят на Нептуне и Уране ученые смогли произвести в своей лаборатории небольшие алмазы. Воссоздав имитационные условия, исследователи подробно изучили структуру полученного материала.

Напомним, что ученые давно начали изучать и испытывать различные методы, которые могли бы сконструировать нужную обстановку. Многие отмечают, что лазеры также использовались, но все предыдущие разработки были провальными. Авторы победного проекта говорят, что ранние версии были обречены на неудачу. Так как те, кто применял похожую технологию использовали давление намного ниже тех, которые были предсказаны для необходимых условий в ледовых гигантах.

Исследователи имитируют условия Нептуна и Урана для создания алмазов в лаборатории

Лазер использовался для того, чтобы быстро нагревать поверхности еще одного элемента исследования – полистирола. Этот процесс сопутствовал его расширению и образованию ударной волны. Команда, которая работала над экспериментом, выпустила две ударные волны, при этом вторая была быстрее первой.

Завершение процесса образования камней происходило тогда, когда ударные волны догоняли друг друга. Следовательно, были получены температуры и давления около 5000 К и 150 ГПа соответственно. Подобные условия были похожи на те, которые обнаружили на глубине 10 000 км в ледяных планетах.

Созданных условий стало достаточно, чтобы в полистироле вызвать разрыв связей между углеродом и водородом. Затем углерод соединялся и создавал долгожданные алмазы. Научная команда также смогла понаблюдать за процессом формирования алмазов, для этого они использовали короткие импульсы рентгеновских лучей.

Доминик Краус, первый автор исследований в немецкой лаборатории Гельмгольц-Центр Дрезден-Россендорф отметил, что само экспериментальное время занимает очень короткий промежуток времени. В связи с этим, является практически фантастикой, что команде удалось понаблюдать за всем процессом формирования алмазов.

Драгоценности, которые создали ученые, достигали размера всего несколько нанометров в диаметре, однако процессы на Нептуне и Уране производят камни значительно больше. На ледяных гигантах создаются все условия для того, чтобы алмазы могли расти, и этот процесс может длится миллионы лет.

Исследователи подтвердили возможность смещения алмазов во внутрь планеты. Теперь планируется новое исследование, которое поможет узнать, какой характер размещения предлагаемых слоев алмазного дождя в структуре планет. Вследствие можно будет подтвердить или опровергнуть информацию касаемо температуры гигантов.

Краус отметил, что драгоценные камни опускаются из-за того, что они тяжелее, чем вещество окружающее их. В какой-то момент перемещения алмазы останавливаются, это происходит тогда, когда они достигают ядра, потом они начинают нагреваться.

Исследование, в котором подробно описывается этот эксперимент имеет название «Формирование алмазов в лазерно-сжатых углеводородах при планетарных внутренних условиях », оно недавно было опубликовано в журнале Nature Astronomy.

В состав команды ученых входили члены Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора, SLAC Национальной ускорительной лаборатории и Калифорнийского университета в Беркли.

Вывод

Проведенный эксперимент открыл новые возможности для создания синтетических материалов. На данный момент наноалмазы получают множество коммерческих предложений. Их применение будет полезным в медицине, электронике, научном оборудовании и т.п. Методы, на основе которых создаются алмазы в данный момент менее экологические и безопасные, поэтому использование лазера может изменить алгоритм производства алмазов.

Оправдаются ли научно-фантастические прогнозы, согласно которым сверхпрочные роботы будут собирать алмазы на Сатурне?..

Выражение «небо в алмазах» может оказаться не просто иносказанием, считают ученые. Планетологи Мона Делитски и Кевин Бейнс представили аргументы в пользу того, что высокое давление внутри планет-гигантов может превратить углерод в алмаз.

Согласно предложенному сценарию, молнии в верхних слоях атмосферы газовых гигантов разбивают молекулы метана, высвобождая углерод, который собирается в частицы сажи. Космический аппарат Cassini заметил такие частицы внутри грозовых облаков Сатурна. Углерод, погружающийся все глубже в атмосферу планеты, минует уплотняющиеся слои газообразного и жидкого водорода и приближается к твердому ядру планеты, подвергаясь все большему давлению. Сажа превращается в графит, а затем — в алмаз. При температуре около 8000 °C алмаз плавится, образуя капли.

На Сатурне, начиная от 6000 км от внешней границы атмосферы и еще на 30 000 км вглубь, есть все условия для алмазного «града», говорит Бейнс. По его оценкам, на Сатурне может быть около 10 млн тонн алмазов, сформировавшихся таким образом, причем большинство из них не крупнее 1 мм в поперечнике. Однако могут встречаться и настоящие «булыжники» — алмазы величиной до 10 см.

Предположения ученых основываются на экспериментальных данных, описывающих фазовые превращения углерода, и моделировании условий внутри атмосфер газовых гигантов. «Мы собрали информацию из различных источников и сделали вывод, что алмазы могут существовать в глубине атмосфер Сатурна и Юпитера», — говорит Делитски.

Однако у Бейнса и Делитски есть оппоненты, которые приводят вполне весомые возражения. Планетолог Дэвид Стивенсон говорит, что в подобных системах нельзя пренебрегать термодинамикой. Доля метана в атмосферах Сатурна и Юпитера, состоящих преимущественно из водорода, очень мала — 0,2% и 0,5% соответственно. Термодинамика систем с таким разбавлением, по мнению Стивенсона, будет способствовать растворению. Как пара кристалликов сахара или соли в стакане воды, сажа скорее растворится в атмосфере планеты, чем опустится до тех глубин, где сможет превратиться в алмаз.

Физик Лука Гирингелли, занимавшийся моделированием подобных процессов для Урана и Нептуна, также скептически относится к представленным данным. Он показал, что концентрация углерода на этих планетах (кстати, в несколько раз более богатых этим элементом, чем Сатурн и Юпитер) недостаточна, чтобы построить алмаз «с нуля», атом за атомом. Конечно, появление алмаза из уж сформировавшихся хлопьев сажи — совсем не тот же самый процесс, но Гирингелли говорит, что говорить об «алмазных дождях» на Сатурне несколько преждевременно.

Что ж, финансисты пока могут не беспокоиться: в ближайшие столетия инопланетные алмазы вряд ли обрушат наши земные рынки.

Планета Сатурн известная своими красивыми сейчас становится еще более известной благодаря гипотезе ученых о том, что на этой планете идут дожди из алмазов. К такому выводу пришли американские ученые Мона Делитски и Кевин Бейнс, которые исследовали атмосферу Сатурна. Согласно их версии, дождь из алмазов на Сатурне в действительности может идти и очень часто, при этом планета не тратит никаких ресурсов, а алмазы образуются прямо в атмосфере планеты.

Такой специфичный дождь идет на Сатурне из-за его особого строения атмосферы и огромной силе тяжести , которые превращают обычный углерод в самый настоящий алмаз. знаком нам по своей экзотической погоде и постоянными грозами, и молниями. Согласно гипотезе, молнии в верхних слоях атмосферы Сатурна превращают частицы метана в углерод. После этого эти частицы метана ждет долгое падение сквозь бесконечные облака планеты.

По мере своего приближения к ядру углерод твердеет и превращается в графит, похожий на тот, что люди используют в карандашах. Это происходит, примерно, после 1 600 км. проделанного пути. Спустя еще 6 000 км. графит подвергается еще большей силе тяжести планеты и, пролетая через водородную атмосферу, превращается в алмаз. Дождь из алмазов существует еще 30 000 км., но после этого, под воздействием огромной силы тяжести и огромной температуры алмазы превращаются в капли углерода.

Если это действительно так, то на довольно низкой высоте, возможно, есть целые океаны жидкого углерода.

Дождь из алмазов на других планетах.

Удивительно, но Сатурн – это не единственная планета, которая может обладать алмазным дождем. По подсчетам ученых такими дождями могут так же обладать все газовые гиганты нашей Солнечной системы. Ученые сверили атмосферные данные Юпитера и Сатурна, а также сравнили их силу тяжести. После этого они пришли к выводу, что более благоприятные условия для создания алмазного дождя, все-таки находятся на Сатурне. У Юпитера слишком большая сила тяжести и поэтому алмазов там формируется меньше и жизненный цикл их тоже меньше, чем на Сатурне.

Размеры инопланетных алмазов.

Дождь из алмазов на Сатурне и Юпитере может идти настолько часто, что за год Сатурн формирует 1 000 тонн алмазов. Но размеры этих алмазов весьма малы. Большинство алмазов не превышают размеров в 1 мм в поперечнике, но попадаются и относительно большие алмазы около 10 см в поперечнике. Все алмазы, вероятно, имеют форму квадрата или прямоугольника.

Эти данные основаны лишь на предположении ученых, экспериментальных данных, знании о фазах превращения углерода и компьютерном моделировании условий атмосфер газовых гигантов. «Мы собрали информацию из различных источников и сделали вывод, что алмазы могут существовать в глубине атмосфер Сатурна и Юпитера», - говорит Делитски.

Но, как и у любой теории, у них есть оппоненты.Планетолог Дэвид Стивенсон говорит о том, что в атмосфере этих газовых гигантов доля метана очень мала (меньше 0.5%) и говорить о том, что такая довольно малая, относительно водорода в атмосфере, масса скорее растворится в водороде, чем достигнет таких глубин, чтобы стать алмазом. Это все равно что бросить пару кристаллов сахара в стакан воды.

Но пока официальных доказательств нет, то сказать кто тут прав невозможно. Дождь из алмазов на Сатурне и Юпитере, возможно, еще долго останется в тени, пока какая-нибудь из сторон не покажет данные, которые бы подтверждали о существовании алмазного дождя или, напротив, о том, что его и быть никак не может в таких условиях.

Не забывайте комментировать статьи, делиться ими с друзьями и подписываться на рассылку. Я буду вам очень благодарен.

Представьте себе дождь из алмазов. Звучит сказочно, правда? Будто эпизод из диснеевского мультфильма. Правда, в реальности алмазные камешки больно били бы по голове, да и места, где такие дожди происходят, довольно далеки от Земли. Например, Нептун или Уран. А если вы узнаете об условиях, в которых с неба начинают падать алмазы, то для отпуска выберете место поближе и поспокойнее.

От теории к практике

При воздействии высокого давления (и температур) на других планетах даже знакомые вещества могут вести себя очень непривычно для нас. Например, на так называемых «ледяных гигантах», как Нептун и Уран, постоянно идут самые настоящие алмазные дожди. Ученые давно теоретически рассчитали такую возможность, предполагая, что эти планеты окружены густой атмосферой и содержат относительно маленькие раскаленные ядра, покрытые мантией из горячей воды под давлением, аммиака и метановых льдов. А недавно смогли смоделировать эти условия в лаборатории.

Дело в том, что, несмотря на название «ледяные гиганты», эти планеты на самом деле очень горячие. Конечно, в верхних слоях атмосферы температура очень низкая из-за отдаленности Солнца, но чем ближе к ядру, тем под воздействием давления становится все горячее. Именно такие перепады температуры и давления приводят к тому, что выделяются водород и углерод, образующие алмазные дожди примерно на 8000 км ниже внешней поверхности атмосферы.

Небо в алмазах

Чтобы смоделировать в лаборатории условия «ледяных гигантов», ученым пришлось добиться очень высоких температур и огромных давлений. Для этого они воспользовались лазером и пластиком из водорода и углерода, который был «дублером» метановых соединений на Нептуне и Уране. В результате эксперимента, который из-за сложности модели длился доли секунды, действительно удалось получить крошечные драгоценные камни.

Но на «ледяных гигантах» при более стабильных условиях с неба падают гораздо более крупные камни, образуя целые мощные «алмазные ливни». Алмазы размером в миллионы карат медленно погружаются сквозь мантию к ядру, образуя ближе к центру планеты толстый алмазный слой. То есть сами планеты оказываются огромной оправой для драгоценных камней.

Атмосферные слои у «ледяных гигантов» такие толстые, что даже лучшие исследовательские зонды пока не могут точно показать, что же происходит на этих загадочных планетах. Одно можно сказать точно: хотите «неба в алмазах», ждите, когда до Нептуна и Урана начнут пускать регулярные рейсы.

Если человек когда-нибудь доберётся до крупнейших планет Солнечной системы — Юпитера и Сатурна, то собственными глазами сможет увидеть "небо в алмазах". Согласно последним исследованиям планетологов, на газовых гигантах идут алмазные дожди.

Исследователи инопланетных миров давно задаются вопросом: может ли высокое давление внутри гигантских планет ? Планетологи Мона Делитски (Mona Delitsky) из калифорнийской компании Specialty Engineering и Кевин Бейнс (Kevin Baines) из университета Висконсина в Мэдисоне подтвердили давние предположения своих коллег.

Согласно модели, построенной по наблюдениям астрофизиков, когда разряд молнии появляется в верхних слоях атмосферы газовых гигантов и затрагивает молекулы метана, то высвобождаются атомы углерода. Эти атомы в большом количестве соединяются друг с другом, после чего начинают длительное путешествие к каменному ядру планеты. Эти "сборища" атомов углерода представляют собой довольно массивные частицы, то есть по сути представляют собой сажу. Вероятнее всего, именно их увидел аппарат "Кассини" .

Частицы сажи медленно спускаются к центру планеты, минуя последовательно все слои её атмосферы. Чем дальше они проходят сквозь слои газообразного и жидкого водорода к ядру, тем большее давление и нагрев испытывают. Постепенно сажа сжимается до состояния графита , а затем преобразуется в ультраплотные алмазы. Но на этом испытания не заканчиваются, инопланетные драгоценные камни нагреваются до температуры 8 тысяч градусов по Цельсию (то есть достигают температуры плавления) и падают на поверхность ядра в виде жидких алмазных капель.

"Внутри Сатурна наблюдаются подходящие условия для града из алмазов. Наиболее благоприятная зона находится на отрезке, начиная с глубины в шесть тысяч километров и заканчивая глубиной в 30 тысяч километров. По нашим расчётам Сатурн может содержать до 10 миллионов тонн этих драгоценных камней, при этом большинство из них не более миллиметра в диаметре, но есть и образцы диаметром около 10 сантиметров", — говорит Бейнс.

В связи с новым открытием планетологи предложили интересную идею: на Сатурн можно отправить робота, который будет собирать капли "драгоценного" дождя. Интересно, что это исследование является своеобразным повторение сюжета научно-фантастической книги "Инопланетные моря" (Alien Seas), согласно которому в 2469 году на Сатурне будут собирать алмазы для строительства корпуса добывающего судна, которое отправится к ядру планеты и будет собирать гелий-3 , необходимый для создания термоядерного топлива.

Мысль заманчивая, но учёные предупреждают: алмазы стоит оставить на Сатурне, чтобы предотвратить финансовый хаос на Земле.

Делитски и Бейнс заключили, что алмазы будут оставаться стабильными внутри гигантских планет. К такому выводу они пришли в результате сравнительного анализа последних астрофизических исследований. Эти работы экспериментально подтвердили конкретные температуры и уровень давления, при которых углерод принимает различные аллотропные модификации , такие как твёрдый алмаз. Для этого учёные моделировали условия (прежде всего температуру и давление) в разных слоях атмосфер гигантских планет.

"Мы собрали результаты нескольких исследований и пришли к выводу, что алмазы действительно могут падать с небес Юпитера и Сатурна", — утверждает Делитски.

Необходимо учитывать, что до тех пор, пока некое открытие не подтвердится результатами наблюдений или экспериментов, оно так и останется на уровне гипотезы. Пока модели формирования алмазных капель на газовых гигантах ничто не противоречит. Однако коллеги Бейнса и Делитски высказали свои сомнения о правдоподобности описанной ныне модели.

Так, Дэвид Стивенсон (David Stevenson), планетолог из Калифорнийского технологического института, утверждает, что Бейнс и Делитски неверно использовали в своих расчётах законы термодинамики.

"Метан составляет очень малую долю водородной атмосферы Юпитера и Сатурна — 0,2% и 0,5% соответственно. Думаю, там происходит процесс, похожий на растворение в воде соли и сахара при высоких температурах. Даже если бы вы напрямую создали углеродную пыль и поместили её в верхние слои атмосферы Сатурна, то она бы попросту растворилась во всех этих слоях, стремительно опускаясь к ядру планеты", — утверждает Стивенсон, не принимавший участия в исследовании.

Похожей работой занимался несколько лет назад физик Лука Гирингелли (Luca Ghiringhelli) из Института имени Фрица Габера. К выводам Бейнса и Делитски он также отнёсся скептически. В своей работе он исследовал Нептун и Уран, которые намного богаче углеродом, чем Сатурн и Юпитер, но даже их углерода недостаточно для формирования кристаллов атом за атомом.

Коллеги Бейнса и Делитски советуют им продолжить своё исследование, дополнив модель большим количеством реальных данных и результатами наблюдений.

Доклад об открытии Делитски и Бейнса () прозвучал на заседании Отделения Американского астрономического общества в области планетарных наук (AAS Division for Planetary Sciences), которое проходит в Денвере с 6 по 11 октября 2013 года.