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海王星和天王星上的钻石雨

天文学家称海王星和天王星为 "冰巨人"。那么,距离我们太阳最遥远的第七和第八颗行星可能正遭受着持续不断的钻石雨的洗礼,这又是多么恰当呢?

海王星图像

海王星
图片来源:E. Karkoschka/亚利桑那大学

天王星和海王星主要由高温、高密度的水、氨和甲烷云组成。最外层的温度约为华氏 3000 度(摄氏 1700 度),大气压力约为地球的 20 万倍。越往行星深处走,温度越高,密度越大。我们相信,在这些世界的中心,有坚硬的岩石核心,那里的温度估计接近华氏 12000 度(摄氏 6700 度),压力大约是地球大气压的 600 万倍。

碳创造!

在如此高温和高密度的条件下,这些元素的状态会发生变化。甲烷尤其值得关注。甲烷的化学式是 CH4,代表一个碳原子与四个氢原子结合。在这些冰巨人的云层中,甲烷分子会吱吱作响地裂开,释放出碳原子。然后,该原子会找到其他原子,形成长链,最终挤压在一起(热量和压力,你知道的......),形成像(来了......)钻石一样的结晶形态。

闪闪发光的宝石
图片来源:Mirushe Xhaferi on Unsplash

钻石层的密度比周围元素的密度大,因此它们在地幔层中下落。大多数钻石最终会被高热蒸发掉,然后它们又飘回到压力较小的区域,如此循环往复。持续不断的钻石雨横跨这两个巨大的冰雪世界。据推测,经过几千年的时间,它们的内核甚至会被一层厚厚的钻石所覆盖。

根据SLAC(斯坦福直线加速器)团队的说法:

研究人员在 SLAC 国家加速器实验室的 X 射线自由电子激光器--里纳相干光源(LCLS)的 "极端条件下的物质"(MEC)仪器上用强光激光在塑料中产生冲击波,模拟了这些行星内部的环境。 SLAC 是能源部(DOE)科学办公室的 10 个实验室之一。

在实验中,科学家们可以看到,原始塑料中的几乎每一个碳原子都融入了宽达几纳米的小钻石结构中。研究报告的作者预测,在天王星和海王星上,钻石的体积会变得更大,重量可能达到数百万克拉。研究人员还认为,经过数千年的时间,这些钻石有可能慢慢沉入行星的冰层,并在核心周围聚集成厚厚的一层。

想了解更多吗?请观看保罗-萨特(Paul M. Sutter)的 "太空人问答 "节目。

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