Diamentowy deszcz na lodowych planetach
Astronomowie przy użyciu lasera rentgenowskiego European XFEL w Schenefeld próbowali zbadać niezwykłe zjawisko, jakim jest diamentowy deszcz, który nawiedza lodowe planety, takie jak Neptun i Uran. Pozyskane dane dostarczają również wskazówek na temat powstawania złożonych pól magnetycznych tych ciał niebieskich.
We wcześniejszych badaniach z użyciem laserów rentgenowskich naukowcy odkryli, że diamenty powinny tworzyć się ze związków węgla we wnętrzu dużych planet gazowych ze względu na panujące tam wysokie ciśnienie. Te następnie opadałyby dalej do centrum planet jako deszcz kamieni szlachetnych z wyższych warstw.
Nowy eksperyment, przeprowadzony pod kierownictwem dr Mungo Frosta z centrum badawczego SLAC w Kalifornii, w European XFEL wykazał, że tworzenie się diamentów ze związków węgla rozpoczyna się już przy niższych ciśnieniach i temperaturach niż zakładano. W przypadku planet gazowych oznacza to, że diamentowy deszcz tworzy się już na mniejszej głębokości niż sądzono, co sprawia, że może mieć większy wpływ na powstawanie pól magnetycznych. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.
Diamentowy deszcz mógłby również wystąpić na planetach gazowych, które są mniejsze niż Neptun i Uran, nazywane są one „mini-Neptunami”. Takie ciała niebieskie nie istnieją w naszym Układzie Słonecznym, ale występują jako egzoplanety.
W drodze z zewnętrznych do wewnętrznych warstw planet, diamentowy deszcz może zabrać ze sobą gaz i lód, powodując prądy przewodzących cząstek. Prądy płynów przewodzących działają jak rodzaj dynamo, dzięki któremu powstają pola magnetyczne planet.
„Diamentowy deszcz prawdopodobnie ma wpływ na powstawanie złożonych pól magnetycznych Urana i Neptuna” – mówi dr Mungo Frost.
Naukowcy wykorzystali plastikową folię wykonaną ze związku węglowodorowego polistyrenu jako źródło węgla. Pod bardzo wysokim ciśnieniem z folii formowane zostały diamenty – proces, który przebiega w taki sam sposób, jak we wnętrzu planet, można powtórzyć w europejskim XFEL.
Naukowcy wytworzyli wysokie ciśnienie i temperaturę ponad 2200 stopni Celsjusza, które panują wewnątrz lodowych gazowych gigantów za pomocą diamentowych „stamp cells” i laserów. „Stamp cells” działają jak miniaturowe imadło, w którym próbka jest ściskana między dwoma diamentami. Za pomocą impulsów rentgenowskich z XFEL naukowcy mogą precyzyjnie obserwować czas, warunki i sekwencję formowania się diamentów w „stamp cells”.
„Dzięki tym badaniom poczyniliśmy ogromne postępy w europejskim XFEL i uzyskaliśmy niezwykłe nowe spojrzenie na lodowe planety” – mówi Frost.
Emil Gołoś
