"Diamanter är för evigt" är ett vanligt ord som hänvisar till det extrema värdet av diamanter, som är bland de sällsynta ämnen som naturligt finns på jorden. Diamanter är också en av de mest värderade substanserna på jorden, delvis på grund av den sällsynta förekomsten och delvis på grund av de många applikationer som mineralet har. Att vara det svåraste naturligt förekommande ämnet på jorden är diamanterna en avgörande komponent i tillverkningen av borrobjekt. Med tanke på det höga värdet diamanter har, det är nästan otänkbart att på Uranus och Neptun är diamanter inte sällsynta alls för de regnar från molnen. Medan ett sådant scenario låter som ett manus från en science fiction-film, har forskare bekräftat att diamanter verkligen faller från himlen på de två planeterna. En ny rapport som publicerades i Nature Astrophysics uppgav att forskare vid SLAC National Accelerator Laboratory kunde bilda mikroskopiska diamanter ur en plastbit efter att ha återskapat de extrema förhållandena i de två isjättarnas mantel.
The Experiment
Medan rymdens konstiga (eller fantastiska) natur har studerats i många år har teorin om regnande diamanter på Neptun och Uranus polariserats bland astrofysiker, med vissa forskare som diskrediterar teorin. Teorin förespråkare har inte framlagt övertygande fakta. Alla experiment som utfördes för att stödja teorin gav inte de nödvändiga resultaten, eftersom forskare inte kunde återskapa de extrema förhållandena i Uranus och Neptunens mantlar som var nödvändiga för bildandet av diamanter, där temperaturer nådde 5000 kelvin medan trycket överskreds 700 gigapascals. Det var förrän när forskare vid SLAC National Accelerator Laboratory kunde replikera isgiganternas extrema tryck och temperaturer med hjälp av en kraftfull optisk laser, liksom en röntgenfri-elektronlaser för att skicka röntgenpulser vid ultrasnabb hastighet genom en form av plast, polystyren. Polystyren är ett kolväte som består av väte och kolatomer och har en struktur som nära liknar den av metangasen som finns i de jätte isplaneten. Forskarna var glada att se att mikroskopiska diamanter bildades efter att ha skickat den första och andra röntgenschockgolfen genom polystyren. Forskarna använde en Linac Coherent Light Source för att avge ultrafrekventa röntgenpulser som varar mindre än en nanosekund (de varar i femtosekund) och var kritiska för att registrera processen som händer på lika kort tid. Studien publicerades senare i en utgåva av Nature Astrophysics journal och skickade den astrofysiciska världen till en frenesi.
Villkor på Uranus och Neptunus
Uranus och Neptunus som båda klassificeras som isjättar och inte gasjättar som de ursprungligen trodde. De två planeterna är de enda två isjättarna i solsystemet och är därför ganska lika i storlek, utseende och komposition. Uranus är den tredje största planet i solsystemet medan Neptun är solsystemets fjärde största planet. De består huvudsakligen av gaser, de två planeterna är också bland de minst täta planeterna i solsystemet. De två planeterna är blåa utseende, med Neptunus som har en mörkare nyans av blå än Uranus. Atmosfären hos de två planeterna är extremt tjock; sträcker sig 17.2 miles på Uranus och 12.2 miles på Neptune, och är båda lika i sammansättning; bestående av väte-, metan- och heliumgaser. Mantlarna på båda isjättarna består av ices, inklusive metan, vatten och ammoniak. Förhållandena på de två planeterna ligger i ytterligheterna och ökar intensiteten närmare kärnorna. I Neptunen antas det atmosfäriska trycket under de nedre molnen vara lika mycket som tio gigapascaler och ökar till omkring 700 gigapascals vid planetens kärna, med temperaturer som är lika höga som 5,400 K.
Tryck som upplevs i Uranus kärna uppskattas vara lika mycket som 800 gigapascals, medan temperaturer antas vara lika mycket som 5,000 K. Forskare tror att förhållandena på de två planetens mantel är idealiska för nedbrytning av metan, separering av väteatomer från kol atomer och slutligen bildandet av diamanter som regnar ner till planetens kärnor.
Första studier
Förekomsten av diamanter i solsystemets gigantiska isplaner föreslogs först av Marvin Ross, en berömd forskare som i 1981 skrev ett dokument med titeln "Islagret i Uranus och Neptun-diamanter i himlen?" I boken, han uppgav att inredningen av de två isjättarna var gjord av enorma mängder diamanter. Marvin Ross hävdade att det enorma atmosfärstrycket som finns i planets inre, i kombination med extrema temperaturer släppte ut kolatomer från väteatomer, vilket leder till bildandet av diamanter. Marvin baserade sitt argument på ett experiment som involverade metangasen i en chockvågskomprimeringsprocedur. Andra efterföljande försök utförda av andra kända forskare som Sandro Scandolo bekräftade att vid högt tryck kan metangas omvandlas till kolväten, varvid det inställda trycket är minst 300 gigapascals. Forskare vid University of California Berkeley som använde en diamantmothilcell kunde uppnå resultatet vid temperaturer på 2500-kelvin och tryck av 50 gigapascals.
Dessa extrema temperaturer och tryck motsvarar förhållandena under molnen i Neptunus. Forskare vid Geophysical Laboratory utförde ett annat experiment där de kunde destabilisera metans kemiska sammansättning vid temperaturer av 2000-kelviner och ett tryck av 7 gigapascals. Men alla experiment misslyckades med att leda till bildandet av diamanter, eftersom den befintliga tekniken begränsade nivåerna av tryck och temperaturer uppnådda, vilket hindrar forskare från att återskapa de förhållanden som finns på insidan av de två isgigantplaneterna. Vissa forskare var dock skeptiska till teorin som påstod existensen av diamanter i Uranus och Neptun och uppgav att närvaron av väte och vatten som blandades med metangas i planets atmosfär skulle äventyra kemiska reaktioner. Andra uppgav att koncentrationen av kol i två isjättar inte var tillräckligt hög för att möjliggöra bildandet av diamanter, oavsett hur mycket tryck eller temperatur som utövas på gaserna.
