Новое исследование показало, что «алмазный дождь», давно предсказываемый экзотический тип осадков на ледяных планетах-гигантах, может быть более распространенным явлением, чем считалось ранее. Научная статья вышла в Science Advances, о результатах исследования сообщили в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США.
Ученые создали химическую «модель», по составу максимально напоминающую Нептун и Уран. Обнаружилось, что присутствие кислорода делает образование алмазов очень вероятным, позволяя им формироваться и расти в более широком диапазоне условий и на большем количестве планет.
Новое исследование дает более полную картину того, как образуются алмазные дожди на других планетах. А здесь, на Земле, может привести к новому способу изготовления наноалмазов, которые имеют очень широкий спектр применений в доставке лекарств, медицинских датчиках, хирургии, экологичном производстве и квантовой электронике.
Исследователи применили ПЭТ-пластик, который часто используется в пищевой упаковке, пластиковых бутылках и контейнерах, чтобы более точно воспроизвести состав планет.
«ПЭТ имеет хороший баланс между углеродом, водородом и кислородом для имитации активности ледяных планет», — сказал физик Доминик Краус из Ростокского университета (США).
Затем ученые использовали мощный оптический лазер для создания в ПЭТ ударных волн. С помощью импульсов рентгеновского излучения они наблюдали, что потом произошло в пластике.
Используя рентгеновскую дифракцию, авторы эксперимента наблюдали, как атомы пластика перестраиваются в небольшие алмазные области. Исследователи смогли определить, что эти алмазные области выросли до нескольких нанометров в ширину. При наличии кислорода в материале наноалмазы могут расти при более низких давлениях и температурах, чем наблюдались ранее.
«Эффект кислорода заключался в ускорении расщепления углерода и водорода, это означает, что атомы углерода могли легче соединяться и образовывать алмазы», — сказал Краус.
Алмазы на Нептуне и Уране намного больше, чем наноалмазы, полученные в этих экспериментах, — возможно, весят миллионы карат. В течение тысячелетий алмазы, по всей вероятности, медленно погружаются в ледяные слои планет и собираются в толстый слой вокруг твердого планетарного ядра.
Команда также нашла доказательства того, что в сочетании с алмазами может образовываться суперионная вода. Эта недавно обнаруженная фаза воды, часто описываемая как «горячий черный лед», существует при чрезвычайно высоких температурах и давлениях. В этих экстремальных условиях молекулы воды распадаются, а атомы кислорода образуют кристаллическую решетку, в которой свободно плавают ядра водорода. Поскольку эти свободно плавающие ядра электрически заряжены, суперионная вода может проводить электрический ток и может объяснить необычные магнитные поля на Уране и Нептуне.
Результаты могут повлиять на понимание далеких планет, поскольку ученые считают, что ледяные гиганты являются наиболее распространенным типом планет за пределами Солнечной системы.
Исследование также указывает путь для производства наноалмазов с помощью лазерного ударного сжатия дешевых ПЭТ-пластиков. В будущем они потенциально могут быть использованы для квантовых датчиков, медицинских контрастных веществ и ускорителей реакций для возобновляемых источников энергии.