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科技日報實習記者?張佳欣
像海王星 和天王星這樣的行星內部真的會下“鉆石雨”嗎?為了找出答案,德國德累斯頓-羅森多夫赫爾姆霍茲中心(HZDR)、羅斯托克大學和法國聯邦理工學院領導的 一個國際團隊開展了一項新穎的實驗,證實了他們早先的觀點:在太陽系外圍的冰巨星內確實會下“鉆石雨”。同時,這項實驗還發現了一種生產納米鉆石的新方 式。研究成果發表在最新一期《科學進展》雜志上。
實驗中用激光射擊了一張簡單的PET塑料薄片。撞擊箔狀材料樣品的強激光閃光將其短暫加熱至6000℃,從而產生沖擊波,在幾納秒內將物質壓縮至大氣壓的數百萬倍。科學家們能夠確定微小的鉆石,即所謂的納米鉆石是在極端壓力下形成的。圖片來源:德國德累斯頓-羅森多夫赫爾姆霍茲中心
海王星和天王星等冰態巨行星內部的溫度非常高,可達幾千攝氏度,壓力是地球大氣層的數百萬倍。冰巨星不僅含有碳和氫,還含有大量的氧。研究人員發現,用于制造普通塑料瓶的PET樹脂,在碳、氫和氧之間有很好的平衡,可模擬冰巨星上的活動。
在實驗中,研究人員對冰巨星內部進行了簡單模擬:用強大的激光照射到一張簡單的PET塑料薄片上,瞬間就將其加熱到6000℃,并產生可達大氣壓100萬倍的沖擊波,在幾納秒內將物質壓縮。研究人員發現,這種極端壓力產生了微小的鉆石,也就是所謂的納米鉆石。
該團隊利用直線加速器相干光源(LCLS)X射線激光器進行了實驗,用它來分析當強烈的激光擊中PET薄膜時會發生什么,是否產生了納米鉆石以及鉆石生長的速度和大小。
HZDR物理學家、羅斯托克大學教授多米尼克·克勞斯說:“氧氣的作用是加速碳和氫的分解,促進納米鉆石的形成,這意味著碳原子更容易結合形成鉆石。”這 進一步支持了這樣一種假設,即鉆石真的會像雨點一樣落在冰巨星內部。這種現象可能不僅存在于天王星和海王星,也存在于銀河系中無數其他行星上。
研究小組還發現一個線索:氧氣與鉆石結合,應該會產生一種不尋常的超離子水,它可幫助創造出冰巨星的磁場。但他們還無法明確地在實驗中證明鉆石混合物中存在超離子水。
除了證實早前發現,新實驗還為定制生產納米級鉆石開辟了前景。這種鉆石可用于磨料和拋光劑中,未來還能用于高靈敏度的量子傳感器、醫用造影劑和高效反應加速器。