Päikesesüsteemi väliste planeetide sisemine struktuur on astronoomide jaoks endiselt mõistatus. Jupiteri puhul aitab selle saladuse lahendada NASA kosmosesond Juno. Ja maapealses laboris on teadlased leidnud vihjeid, mis võimaldavad teil vaadata jäägigantide Neptuuni ja Uraani sügavale sisemusse. Ja selgus, et seal võib olla teemantvihmasid.
Rahvusvaheline teadlaste meeskond suutis näidata, et süsivesinikuühendid jagunevad hiiglaslike jääplaneetide - Neptuuni ja Uraani - sees. See muudab süsiniku "teemantvihmaks".
Dresden-Rossendorfi (HZDR) Helmholtzi keskuse (HZDR) teadlased suutsid koostöös Saksa ja Ameerika kolleegidega näidata, et meie päikesesüsteemi jäägigantide sees tekivad "teemantvihmad". Californias Stanfordi riikliku kiirendi laboratooriumi (SLAC) ülivõimsate röntgenlaserite ja muude seadmete abil tehti simulatsioonid kosmosehiiglaste sisestruktuurist. Tänu sellele said teadlased esmakordselt reaalajas jälgida süsivesinike lagunemist ja süsiniku muundumist teemandiks.
Tugev tuum, mis on mähitud tihedatesse "jää" kihtidesse - selline näeb välja Neptuuni ja Uraani planeetide sisemine struktuur. Selline kosmosejää koosneb peamiselt süsivesinikest, veest ja ammoniaagist. Ja juba pikka aega on astrofüüsikud kaldunud arvama, et siin umbes 10 tuhande kilomeetri sügavusel valitsev äärmiselt kõrge rõhk viib süsivesinike lõhenemiseni. Sel juhul moodustuvad teemandid, mis sukelduvad edasi planeetide sügavustesse.
"Siiani pole keegi suutnud otsese eksperimendi abil nii hiilgavaid sademeid jälgida," ütleb dr Dominik Kraus HZDR-ist. Kuid just see õnnestus temal ja tema juhitud rahvusvahelisel uurijate rühmal. "Uurimistööde käigus paigutasime plastiku erivormi - polüstüreeni, mis põhineb süsiniku ja vesiniku segul - tingimustes, mis sarnanevad Neptuuni ja Uraani sisemusse."
Soovitud efekti saavutamiseks saatsid nad proovide kaudu kaks lööklainet, mida erutasid ülivõimsad optilised laserid koos SLAC röntgenikiirguse allikaga, mida nimetatakse lineaarseks koherentseks valgusallikaks (LCLS). Selle tulemusena suruti plast umbes 150 gigapaskali rõhul umbes 5000 Celsiuse kraadi juures kokku. "Esimese, nõrgema ja aeglasema laine edestas võimsam teine laine," selgitab Kraus. "Ja enamik teemante moodustub just sel hetkel, kui mõlemad lained ristuvad."
Kuna see kestab vaid murdosa sekundist, kasutasid teadlased kiiret röntgenkiirgust, mis andis neile ülevaate teemantide moodustumisest ja keemilistest protsessidest. "Katsed näitavad, et peaaegu kõik süsinikuaatomid moodustavad nanomeetri suurused teemantstruktuurid," võtab Dresdeni teadlane kokku. Tulemuste põhjal väidavad uuringu autorid, et Neptuunil ja Uraanil asuvad teemandid moodustavad oluliselt suuremad struktuurid ja settivad planeedi tuumas aeglaselt tuhandete ja miljonite aastate jooksul.
"Saadud katseandmete põhjal võime koguda ka teavet, mis võimaldab meil paremini mõista eksoplaneetide struktuuri," ütleb Kraus väljavaadetest. Selliste väljaspool Päikesesüsteemi asuvate kosmosehiiglaste jaoks saavad teadlased mõõta ainult kahte parameetrit: massi, mis määratakse nende vanematähe positsioonvõnkumiste põhjal, ja raadiust, mille astronoomid saavad planeedi täheketta ette läbimisel tekkivast hämardumisest. Kahe väärtuse suhe võimaldab teil saada algandmeid keemilise struktuuri kohta, näiteks kas planeet koosneb kergetest või rasketest elementidest.
Reklaamvideo:
"Ja planeetide sees olevad keemilised protsessid räägivad meile aspekte, mis võimaldavad meil teha järeldusi nende taevakehade põhiomaduste kohta," jätkab Kraus. „Tänu sellele saame täiustada ja täiustada juba teaduses eksisteerivaid planeedimudeleid. Uuringud näitavad, et modelleerimine pole veel eriti täpne meetod."
Kuid koos astrofüüsikaliste teadmistega võivad katsetel olla ka praktiline väärtus. Nii saab näiteks eksperimentide käigus tekkinud nanodiamantreid kasutada elektrooniliste instrumentide jaoks ja meditsiinitehnikas, samuti materjalide lõikamiseks tööstuslikus tootmises. Siiani valmistatakse kunstlikke teemante plahvatuste abil. Kuid nende lasertehnoloogiat kasutades muudab selline tootmine puhtamaks ja kontrollitumaks.
Teadlased kirjutasid uuringu tulemustest ajakirjas Nature Astronomy avaldatud artiklis.
