بازسازی باران ‌های الماس نپتون و اورانوس در آزمایشگاه

اگر تصور می‌کنید هوای سیاره ما نامطلوب است، بهتر است لحظه‌ای غول‌های یخی نپتون و اورانوس را در نظر بگیرید. در این دنیاهای یخی، فشار شدید و دمای بسیار بالا موجب پدید آمدن باران‌های الماس می‌شود. اکنون دانشمندان این اثر را در زمین بازسازی کرده‌اند.

دانشمندان با بهره بردن از لیزرهای نوری قدرتمند قادر به بازسازی باران‌های الماس در محیط آزمایشگاهی شدند. این ابزارهای قوی به دانشمندان امکان افزایش سریع دمای پلی‌استایرن را داد. پلی‌استایرن، پلیمر مصنوعی است که معمولا در ساخت ظروف یک‌بارمصرف و وسایل الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اکنون این مطالعه به دانشمندان در درک بیشتر شرایط نپتون و اورانوس کمک می‌کند.

به گفته‌ی دانشمندان، مطالعه‌ی اخیر همچنین می‌تواند به درک فرایندهای شیمیایی در غول‌های یخی منظومه‌ی شمسی و سیاراتی فراتر از آن کمک کند. دانشمندان در سال ۲۰۱۳ اعلام کردند که در این سیارات یخی، رعدوبرق متان را به دوده (کربن) تبدیل می‌کند که در ادامه به‌صورت قطعات گرافیت و بعد از آن به شکل الماس سخت از آسمان فرومی‌ریزد. به عقیده‌ی دانشمندان، این الماس‌ها در نهایت در دریای مایع سیاره ذوب می‌شوند.

دومینیک کرواس، محقق ارشد این مطالعه از مرکز هلمهولتز در درسدن و روسندورف آلمان، می‌گوید:

پیش از این، دانشمندان تنها بر اساس فرضیات می‌دانستند که در این سیارات الماس شکل می‌گیرد. اما وقتی نتایج آخرین آزمایش را مشاهده کردم، یکی از بهترین لحظات دوران علمی‌ام رقم خورد.

دانشمندان فکر می‌کنند که فشار شدید، هیدروژن و کربن را در این سیارات به الماس تبدیل می‌کند. این فرایندها در ارتفاع حدود ۸۰۵۰ کیلومتر از سطح این غول‌های یخی رخ می‌دهد. در این سیارات پلی‌استایرن وجود ندارد، اما این ترکیب شیمیایی با توجه به متان فراوان می‌تواند، جایگزین آزمایشی برای ترکیبات مشابه نپتون و اورانوس باشد.

دانشمندان برای بازسازی این اثر، با استفاده از ابزارهای پیشرفته آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده اسلاک در کالیفرنیا، با تولید حرارت بسیار بالا دو موج شوک را در پلاستیک پلی‌استایرن پدید آوردند. زمانی که این دو شوک به هم برخورد می‌کنند، درجه حرارتی حدود ۴.۷۲۷ درجه سانتی‌گراد و فشاری حدود ۱۵۰ گیگاپاسکال (تقریبا حدود نصف فشار سطحی هسته زمین) ایجاد می‌شود. این فشار و حرارت شدید شرایطی مشابه نپتون و اورانوس را پدید می‌آورد. در نتیجه تقریبا هر اتم کربن موجود در پلاستیک به ساختارهای الماسی به اندازه چند نانومتر تبدیل می‌شود. البته دانشمندان می‌گویند در نپتون و اورانوس، الماس می‌تواند تا میلیون‌ها قیراط (هر قیراط برابر با ۲۰۰ میلی‌گرم) جرم داشته باشد. کراوس گفت:

زمان آزمایش بسیار کوتاه بود، اما موفق به مشاهده‌ی علائمی از الماس شدیم که بسیار شگفت‌انگیز بودند.

دانشمندان با استفاده از این نوع آزمایش‌ها قادر به محاسبه‌ی اندازه‌ی سیارات خارج از منظومه شمسی خواهند بود،  اندازه‌ی سیارات معمولا برحسب رابطه جرم و شعاع این سیارات اندازه‌گیری می‌شود. در این بین، ترکیبات شیمیایی سیاره می‌تواند کمک زیادی به دانشمندان برای تخمین اندازه‌ی سیارات کند و مهم‌تر از همه، این دست آزمایش‌ها می‌توانند توضیح مناسبی برای دلیل تولید گرمای بسیار زیاد این غول‌های یخی در اختیار دانشمندان قرار دهند. کراوس می‌گوید:

از آنجایی که این الماس‌ها از محیط اطراف خود سنگین‌تر هستند، از آسمان فرو می‌ریزند و با محیط اطراف خود اصطکاک برقرار می‌کنند و در برخی مواقع هنگامی‌که به هسته‌ی سیاره می‌رسند، تولید گرما می‌کنند.

سرانجام، دانشمندان امیدوارند که یافته‌های آن‌ها بتواند به ساخت الماس در زمین کمک کند. هم‌اکنون، الماس‌های مصنوعی که از طریق ترکیب انفجاری ایجاد می‌شوند، از لیزر کارآمدتر هستند. در این روش، دانه‌های الماس در اندازه‌های نانو طی انفجار مواد منفجره‌ی کربن دار تولید می‌شوند. اما قطعا مهم‌ترین دستاورد چنین آزمایش‌هایی، درک بهتر از سیاراتی است که میلیاردها کیلومتر از زمین ما فاصله دارند، حتی اگر به این زودی‌ها فرصتی برای سفر به این دنیاهای دور پیدا نکنیم. کراوس گفت:

نمی‌توانیم به درون سیاره‌ها برویم و نگاه مستقیمی به آن‌ها داشته باشیم؛ بنابراین مطالعات آزمایشگاهی فوق، مکمل مشاهدات ماهواره‌ای و تلسکوپی خواهند بود.