هل تمطر الماس على نبتون وأورانوس؟

"الماس إلى الأبد" ، هو قول شائع يلمح إلى القيمة القصوى للماس ، والتي هي من بين أندر المواد الموجودة بشكل طبيعي على الأرض. الماس هو أيضا واحد من أكثر المواد قيمة على الأرض ، ويرجع ذلك جزئيا إلى الحدوث نادر الحدوث ويرجع ذلك جزئيا إلى العديد من التطبيقات المعدنية. كونه أصعب المواد التي تحدث بشكل طبيعي على الأرض ، فإن الماس هو عنصر أساسي في صناعة أدوات الحفر. بالنظر إلى قيمة الماس عالية القيمة ، فإنه من غير المتصور تقريبًا أن الماس في أورانوس ونبتون ، ليس نادرًا على الإطلاق لأنهما يمطران من الغيوم. في حين أن مثل هذا السيناريو يبدو كسيناريو من فيلم خيال علمي ، فقد أكد العلماء أن الماس يسقط بالفعل من السماء على الكواكب. ذكر تقرير حديث نشر في مجلة Nature Astrophysics أن الباحثين في مختبر تسريع SLAC الوطني تمكنوا من تكوين ماس مجهري من قطعة بلاستيكية ، بعد إعادة تكوين الظروف القاسية الموجودة في عباءة عملاقين جليديين.

التجربة

بينما تمت دراسة الطبيعة الغريبة (أو الهائلة) للفضاء لسنوات عديدة ، فإن نظرية تمطر الماس على نبتون وأورانوس كانت مستقطبة بين علماء الفيزياء الفلكية ، مع بعض العلماء يشوهون النظرية. لم ينتج دعاة النظرية حقائق مقنعة. جميع التجارب التي أجريت لدعم النظرية لم تسفر عن النتائج المطلوبة ، حيث لم يتمكن الباحثون من إعادة الظروف القاسية الموجودة في عباءات أورانوس ونبتون والتي كانت ضرورية لتشكيل الماس ، حيث وصلت درجات الحرارة إلى 5000 كيلفن بينما تجاوز الضغط 700 جيجا باسكال كان ذلك حتى وقت قريب عندما تمكن الباحثون في مختبر SLAC National Accelerator من تكرار الضغوط الشديدة ودرجات حرارة العمالقة الجليدية باستخدام الليزر البصري عالي الطاقة ، فضلاً عن ليزر الإلكترون الحر بالأشعة السينية لإرسال نبضات الأشعة السينية بسرعة فائقة من خلال شكل من البلاستيك والبوليسترين. البوليسترين هو عبارة عن هيدروكربون يتكون من ذرات الهيدروجين والكربون وله هيكل يشبه إلى حد بعيد هيكل غاز الميثان الموجود في الكواكب الجليدية العملاقة. كان الباحثون متحمسين لرؤية الماس المجهري يتشكل بعد إرسال الموجة الأولى والأشعة السينية من خلال البوليسترين. استخدم الباحثون Linac Coherent Light Source لإصدار نبضات الأشعة السينية فائقة السرعة والتي تدوم لأقل من نانوثانية (وهي تستمر لفترة فيمتوثانية) وكانت ضرورية في تسجيل العملية التي تحدث في فترة زمنية قصيرة على قدم المساواة. نُشرت الدراسة لاحقًا في عدد من مجلة Nature Astrophysics وأرسلت عالم الفيزياء الفلكية إلى حالة من الهياج.

الظروف على أورانوس ونبتون

أورانوس ونبتون كلاهما يصنفان كعمالقة جليدية وليست عمالقة غاز كما كان يعتقد في الأصل. الكواكب هما العملاقان الجليديان الوحيدان في المجموعة الشمسية ، وبالتالي فهي متشابهة تمامًا في الحجم والمظهر والتركيب. أورانوس هو ثالث أكبر كوكب في المجموعة الشمسية ، بينما نبتون هو رابع أكبر كوكب في المجموعة الشمسية. كونها مكونة بشكل رئيسي من الغازات ، يعد الكواكب أيضًا من بين أقل الكواكب كثافة في النظام الشمسي. الكواكب زرقاء اللون في المظهر ، مع وجود نبتون بلون أغمق من أورانوس. أجواء الكواكب سميكة للغاية. يمتد 17.2 ميلا على أورانوس و 12.2 ميلا على نبتون ، وكلاهما مماثل في التكوين ؛ تتكون من غازات الهيدروجين والميثان والهيليوم. تتكون الوشاح على كلتا العملاقين الجليديين من جليد بما في ذلك الميثان والماء والأمونيا. الظروف على الكواكب تكمن في النهايات وزيادة في شدة أقرب إلى النوى. في نبتون ، يُعتقد أن الضغط الجوي تحت السحب المنخفضة يصل إلى عشرة غيغا باسكال ويزيد إلى حوالي 700 غيغا باسكال في قلب الكوكب مع درجات حرارة تصل إلى 5400 كلفن.

تقدر الضغوط التي يتعرض لها جوهر أورانوس بما يصل إلى 800 جيجا باسكال بينما يعتقد أن درجات الحرارة تصل إلى 5000 كلفن. يعتقد العلماء أن الظروف في عباءة الكواكب مثالية لتحطم الميثان ، وفصل ذرات الهيدروجين عن الكربون الذرات ، وفي النهاية ، تشكل الماس الذي يسقط إلى قلب الكواكب.

الدراسات الأولى

اقترح مارفن روس ، الباحث المشهور الذي كتب في عام 1981 ورقة بعنوان "الطبقة الجليدية في أورانوس ونبتون - الماس في السماء؟" وذكر أن الجزء الداخلي من العملاقين الجليديين كان يتكون من كميات هائلة من الماس. جادل مارفن روس بأن الضغط الجوي الهائل الموجود داخل الكواكب ، إلى جانب درجات الحرارة القصوى ، أطلقت ذرات الكربون من ذرات الهيدروجين ، مما أدى إلى تكوين الماس. اعتمد مارفن في حجته على تجربة شملت غاز الميثان في إجراء ضغط موجة الصدمة. أكدت تجارب أخرى لاحقة أجراها علماء مشهورون مثل ساندرو سكاندولو أنه عند الضغط الشديد ، يمكن تحويل غاز الميثان إلى هيدروكربونات ، حيث يبلغ الضغط المحدد 300 جيجا باسكال على الأقل. تمكن العلماء في جامعة كاليفورنيا بيركلي الذين استخدموا خلية سندان من الماس من تحقيق النتيجة في درجات حرارة 2500 كيلفن وضغوط قدرها 50 جيجا باسكال.

درجات الحرارة والضغط القصوى هذه تعادل الظروف الموجودة أسفل السحب في نبتون. أجرى العلماء في مختبر الجيوفيزيائي تجربة أخرى تمكنوا خلالها من زعزعة استقرار التركيب الكيميائي للميثان في درجات حرارة 2000 كلفن وضغط يصل إلى 7 غيغا باسكال. ومع ذلك ، فشلت كل التجارب في تكوين الماس لأن التكنولوجيا الحالية حدت من مستويات الضغط ودرجات الحرارة المحققة ، مما منع العلماء من إعادة تهيئة الظروف الموجودة في الجزء الداخلي لكواكب الجليد العملاقة. ومع ذلك ، كان بعض العلماء يشككون في النظرية التي تدعي وجود الماس في أورانوس ونبتون ، قائلين إن وجود الهيدروجين والماء الذي يخلط مع غاز الميثان في أجواء الكواكب سيعرض للخطر التفاعلات الكيميائية. وذكر آخرون أن تركيز الكربون في عملاقين جليديين لم يكن مرتفعا بدرجة كافية للسماح بتكوين الماس ، بغض النظر عن مقدار الضغط أو درجة الحرارة التي تمارس على الغازات.