Auf welchem ​​Planeten regnet es Diamanten? Diamantregen auf Saturn und Jupiter

Tatsächlich spekulieren Wissenschaftler seit langem, dass Edelsteine ​​im Inneren von Eisriesen regnen könnten. Tief im Inneren dieser Planeten wirkten sich hohe Temperaturen und starker Druck auf die Kohlenwasserstoffe aus, was zu Diamantregen führte.

Natürlich mag dieses Phänomen für uns fantastisch erscheinen, aber weit über die Erde hinaus ist es ein völlig normales Phänomen. Um diese Informationen zu bestätigen oder zu widerlegen, haben Wissenschaftler diesen Prozess in ihren Labors nachgebildet. Mittlerweile ist bewiesen, dass Diamantregen ein echtes Phänomen ist.

Es gibt entfernte Planeten im Sonnensystem, die Eisriesen genannt werden, die Menschen nannten sie Neptun und Uranus. Sie haben das 17- bzw. 15-fache der Masse der Erde. Diese Planeten haben eine Atmosphäre, die reich an Gasen ist, darunter Wasserstoff und Helium, und sie haben auch feste Kerne.

Neptun und Uranus sind im Grunde riesige Ozeane, sie ähneln in keiner Weise den Ozeanen auf unserem Planeten. Die Ozeane auf den Eisriesen bestehen aus Ammoniak und Substanzen, die als Kohlenwasserstoffe bekannt sind – Moleküle wie Methan, die aus Wasserstoff und Kohlenstoff bestehen.

Tief in den Tiefen dieser Planeten passieren unglaubliche Dinge: Sehr hohe Temperaturen und starker Druck wirken sich direkt auf Kohlenwasserstoffe aus. Durch solche Prozesse entstehen Diamanten, die anschließend in Form von Diamantregen fallen.

Basierend auf den chemischen Prozessen, die auf Neptun und Uranus ablaufen, konnten Wissenschaftler in ihrem Labor kleine Diamanten herstellen. Nachdem die Forscher die simulierten Bedingungen nachgestellt hatten, untersuchten sie die Struktur des resultierenden Materials im Detail.

Erinnern wir uns daran, dass Wissenschaftler seit langem damit begonnen haben, verschiedene Methoden zu untersuchen und zu testen, mit denen die gewünschte Umgebung geschaffen werden könnte. Viele bemerken, dass auch Laser eingesetzt wurden, aber alle bisherigen Entwicklungen waren Fehlschläge. Die Autoren des Gewinnerprojekts sagen, dass frühere Versionen zum Scheitern verurteilt waren. Denn diejenigen, die eine ähnliche Technologie verwendeten, verwendeten Drücke, die viel niedriger waren als die, die für die notwendigen Bedingungen in den Eisriesen vorhergesagt wurden.

Forscher ahmen die Bedingungen von Neptun und Uranus nach, um im Labor Diamanten herzustellen

Der Laser wurde verwendet, um die Oberflächen eines anderen Forschungselements – Polystyrol – schnell zu erhitzen. Dieser Prozess ging mit seiner Ausbreitung und der Bildung einer Stoßwelle einher. Das Team, das an dem Experiment arbeitete, löste zwei Stoßwellen aus, wobei die zweite schneller war als die erste.

Der Steinbildungsprozess war abgeschlossen, als sich die Stoßwellen gegenseitig einholten. Dadurch wurden Temperaturen und Drücke von etwa 5000 K bzw. 150 GPa erreicht. Solche Bedingungen ähnelten denen, die man auf eisigen Planeten in einer Tiefe von 10.000 km findet.

Die geschaffenen Bedingungen reichten aus, um die Bindungen zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff im Polystyrol aufzubrechen. Der Kohlenstoff verbindet sich dann und es entstehen die lang erwarteten Diamanten. Das Wissenschaftsteam konnte den Prozess der Diamantbildung auch mithilfe kurzer Röntgenimpulse beobachten.

Dominik Kraus, Erstautor der Forschung am deutschen Labor Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, stellte fest, dass die Experimentierzeit selbst eine sehr kurze Zeitspanne in Anspruch nimmt. In dieser Hinsicht ist es geradezu fantastisch, dass das Team den gesamten Prozess der Diamantentstehung beobachten konnte.

Die von Wissenschaftlern geschaffenen Juwelen haben einen Durchmesser von nur wenigen Nanometern, aber Prozesse auf Neptun und Uranus produzieren Steine, die viel größer sind. Die Eisriesen schaffen alle Voraussetzungen für das Wachstum von Diamanten, und dieser Prozess kann Millionen von Jahren dauern.

Forscher haben die Möglichkeit einer Verlagerung von Diamanten in das Innere des Planeten bestätigt. Jetzt ist eine neue Studie geplant, die dabei helfen soll, die Platzierungsmuster der vorgeschlagenen Diamantregenschichten in der Struktur der Planeten herauszufinden. Dadurch wird es möglich sein, Informationen über die Temperatur der Riesen zu bestätigen oder zu widerlegen.

Kraus stellte fest, dass Edelsteine ​​sinken, weil sie schwerer sind als das sie umgebende Material. Irgendwann hören die Diamanten in ihrer Bewegung auf. Dies geschieht, wenn sie den Kern erreichen, und dann beginnen sie sich zu erhitzen.

Die Studie, die dieses Experiment detailliert beschreibt, trägt den Titel „Diamond Formation in Laser-Compressed Hydrocarbons under Planetary Interior Conditions“ und wurde kürzlich in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht .

Zu dem Wissenschaftlerteam gehörten Mitglieder des Lawrence Livermore National Laboratory, des SLAC National Accelerator Laboratory und der University of California, Berkeley.

Abschluss

Das Experiment eröffnete neue Möglichkeiten zur Herstellung synthetischer Materialien. Derzeit erhalten Nanodiamanten viele kommerzielle Angebote. Ihre Anwendung wird in der Medizin, Elektronik, wissenschaftlichen Ausrüstung usw. nützlich sein. Die Methoden zur Herstellung von Diamanten sind derzeit weniger umweltfreundlich und sicher, sodass der Einsatz eines Lasers den Algorithmus der Diamantherstellung verändern kann.

Wenn ein Mensch jemals die größten Planeten des Sonnensystems – Jupiter und Saturn – erreicht, kann er mit eigenen Augen den „Himmel in Diamanten“ sehen.

Nach neuesten Forschungen von Planetenforschern kommt es auf Gasriesen zu Diamantregen.

Forscher fremder Welten fragen sich seit langem: Kann hoher Druck im Inneren riesiger Planeten Kohlenstoff in Diamanten verwandeln? Die Planetenforscher Mona Delitsky vom kalifornischen Unternehmen Specialty Engineering und Kevin Baines von der University of Wisconsin in Madison bestätigten die langjährigen Annahmen ihrer Kollegen.

Dem auf Beobachtungen von Astrophysikern basierenden Modell zufolge werden Kohlenstoffatome freigesetzt, wenn eine Blitzentladung in der oberen Atmosphäre von Gasriesen auftritt und Methanmoleküle beeinflusst. Diese Atome verbinden sich in großer Zahl miteinander und beginnen anschließend eine lange Reise zum felsigen Kern des Planeten. Bei diesen „Ansammlungen“ von Kohlenstoffatomen handelt es sich um ziemlich massive Partikel, das heißt, sie bestehen im Wesentlichen aus Ruß. Höchstwahrscheinlich wurden sie von der Raumsonde Cassini als Teil der dunklen Wolken des Saturn gesehen.

Rußpartikel sinken langsam in die Mitte des Planeten und passieren dabei nacheinander alle Schichten seiner Atmosphäre. Je weiter sie durch Schichten aus gasförmigem und flüssigem Wasserstoff in Richtung Kern wandern, desto größer sind der Druck und die Hitze, denen sie ausgesetzt sind. Nach und nach wird der Ruß zu Graphit verdichtet und dann in ultradichte Diamanten umgewandelt. Aber die Tests enden damit nicht: Außerirdische Edelsteine ​​werden auf eine Temperatur von 8.000 Grad Celsius erhitzt (das heißt, sie erreichen den Schmelzpunkt) und fallen in Form flüssiger Diamanttropfen auf die Oberfläche des Kerns.

„Im Inneren des Saturn herrschen geeignete Bedingungen für einen Diamantenhagel. Die günstigste Zone befindet sich in dem Segment, beginnend in einer Tiefe von sechstausend Kilometern und endend in einer Tiefe von 30.000 Kilometern. Nach unseren Berechnungen kann Saturn enthalten.“ „Bis zu 10 Millionen Tonnen dieser Edelsteine, die meisten von ihnen haben einen Durchmesser von nicht mehr als einem Millimeter, es gibt aber auch Proben mit einem Durchmesser von etwa 10 Zentimetern“, sagt Baines.

Im Zusammenhang mit der neuen Entdeckung schlugen Planetenforscher eine interessante Idee vor: Ein Roboter könnte zum Saturn geschickt werden, um „kostbare“ Regentropfen einzusammeln. Interessanterweise ist diese Forschung eine Art Wiederholung der Handlung des Science-Fiction-Buches „Alien Seas“, wonach im Jahr 2469 Diamanten auf dem Saturn gesammelt werden, um den Rumpf eines Bergbauschiffs zu bauen, das in den Kern des Planeten vordringen und Helium sammeln soll. 3. notwendig, um thermonuklearen Brennstoff zu erzeugen.

Die Idee ist verlockend, aber Wissenschaftler warnen davor, Diamanten auf dem Saturn zu belassen, um ein finanzielles Chaos auf der Erde zu verhindern.

Delitsky und Baines kamen zu dem Schluss, dass Diamanten im Inneren von Riesenplaneten stabil bleiben würden. Zu diesem Schluss kamen sie als Ergebnis einer vergleichenden Analyse der jüngsten astrophysikalischen Forschung. Diese Arbeiten bestätigten experimentell die spezifischen Temperaturen und Druckniveaus, bei denen Kohlenstoff verschiedene Allotrope annimmt, beispielsweise Hartdiamant. Zu diesem Zweck simulierten Wissenschaftler die Bedingungen (hauptsächlich Temperatur und Druck) in verschiedenen Schichten der Atmosphäre von Riesenplaneten.

„Wir haben die Ergebnisse mehrerer Studien gesammelt und sind zu dem Schluss gekommen, dass Diamanten tatsächlich vom Himmel von Jupiter und Saturn fallen können“, sagt Delitsky.

Es muss berücksichtigt werden, dass eine bestimmte Entdeckung bis zur Bestätigung durch Beobachtungs- oder Experimente auf der Ebene einer Hypothese verbleibt. Bisher widerspricht nichts dem Modell der Entstehung von Diamanttropfen auf Gasriesen. Allerdings äußerten Kollegen von Baines und Delitsky Zweifel an der Plausibilität des nun beschriebenen Modells.

So argumentiert David Stevenson, ein Planetenforscher am California Institute of Technology, dass Baines und Delitsky in ihren Berechnungen die Gesetze der Thermodynamik falsch verwendet haben.

„Methan macht einen sehr geringen Anteil der Wasserstoffatmosphäre von Jupiter und Saturn aus – 0,2 % bzw. 0,5 %. Ich denke, es gibt einen ähnlichen Prozess wie die Auflösung von Salz und Zucker in Wasser bei hohen Temperaturen. Selbst wenn man direkt Kohlenstoff erzeugt.“ „Wenn wir ihn in die oberen Schichten der Saturnatmosphäre bringen würden, würde er sich einfach in alle diese Schichten auflösen und schnell in Richtung des Planetenkerns absinken“, sagt Stevenson, der nicht an der Studie beteiligt war.

Der Physiker Luca Ghiringhelli vom Fritz-Haber-Institut hat vor einigen Jahren ähnliche Arbeiten durchgeführt. Er stand auch den Schlussfolgerungen von Baines und Delitsky skeptisch gegenüber. In seiner Arbeit untersuchte er Neptun und Uranus, die viel kohlenstoffreicher sind als Saturn und Jupiter, aber selbst ihr Kohlenstoff reicht nicht aus, um Atom für Atom Kristalle zu bilden.

Die Kollegen von Baines und Delitsky raten ihnen, ihre Forschung fortzusetzen, indem sie das Modell durch mehr reale Daten und Beobachtungsergebnisse ergänzen.

Die Entdeckung von Delitsky und Baines (PDF-Dokument) wurde auf einem Treffen der AAS-Abteilung für Planetenwissenschaften vorgestellt, das vom 6. bis 11. Oktober 2015 in Denver stattfindet.

Nach neuesten Untersuchungen zweier Planetenforscher könnte es tatsächlich zu Diamantenregen auf Jupiter und Saturn kommen.

Astronomen fragen sich seit langem, ob hohe Drücke im Inneren von Riesenplaneten Kohlenstoff in Diamanten umwandeln könnten, und während einige diese Möglichkeit bestreiten, halten US-Wissenschaftler dies für möglich.

Ihren neuesten Annahmen zufolge spalten Blitze in den oberen Atmosphären von Jupiter und Saturn Methanmoleküle und setzen dabei Kohlenstoffatome frei. Diese Atome können dann miteinander kollidieren und größere Kohlenstoffrußpartikel bilden, die von Cassini in den dunklen Gewitterwolken des Saturn nachgewiesen werden können. Während Rußpartikel langsam durch Schichten aus gasförmigem und flüssigem Wasserstoff zum festen, felsigen Kern des Planeten absteigen, erfahren sie steigende Temperaturen und Drücke. Der Ruß verwandelt sich zunächst in Graphit und dann in harte Diamanten. Wenn die Temperatur 8000 °C erreicht, schmelzen Diamanten und verwandeln sich in flüssige Regentropfen.

Die Bedingungen im Saturninneren sind so, dass die Diamanthagelregion in einer Tiefe von etwa 6.000 km in der Atmosphäre beginnt und sich noch weitere 30.000 km in die Tiefe erstreckt. Saturn könnte etwa 10 Millionen Tonnen der auf diese Weise entstandenen Diamanten enthalten. Bei den meisten handelt es sich um Stücke mit einer Größe von einem Millimeter bis vielleicht zehn Zentimetern.

Planetenforscher sind zu der Schlussfolgerung über die Stabilität von Diamanten im Inneren von Riesenplaneten gekommen, indem sie aktuelle Studien zu den physikalischen Bedingungen, unter denen Kohlenstoff seine Struktur ändert, mit Modellen von Änderungen der Temperatur und des Drucks mit der Tiefe für Riesenplaneten verglichen. Viele Wissenschaftler bestreiten diese Schlussfolgerung jedoch. Ein Gegenargument ist die Tatsache, dass Methan einen sehr kleinen Teil der überwiegend wasserstoffhaltigen Atmosphären von Jupiter und Saturn ausmacht – nur 0,2 % bzw. 0,5 %. In solchen Systemen „begünstigt die Thermodynamik Mischungen“. Das heißt, selbst wenn sich Kohlenstoffrußstaub bildet, löst er sich beim Absinken in tiefere Schichten sehr schnell auf.

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Stellen Sie sich vor, es regnet Diamanten. Klingt fabelhaft, oder? Es ist wie eine Episode aus einem Disney-Cartoon. In Wirklichkeit würden Diamantkiesel zwar den Kopf verletzen, und die Orte, an denen es zu solchen Regenfällen kommt, sind ziemlich weit von der Erde entfernt. Zum Beispiel Neptun oder Uranus. Und wenn Sie erfahren, unter welchen Bedingungen Diamanten vom Himmel fallen, werden Sie für Ihren Urlaub einen näheren und ruhigeren Ort wählen.

Von der Theorie zur Praxis

Wenn sie auf anderen Planeten hohem Druck (und hohen Temperaturen) ausgesetzt werden, können sich selbst bekannte Substanzen auf für uns sehr ungewöhnliche Weise verhalten. Echte Diamantregen fallen beispielsweise ständig auf die sogenannten „Eisriesen“ wie Neptun und Uranus. Wissenschaftler haben diese Möglichkeit seit langem theoretisiert und vermuten, dass diese Planeten von einer dichten Atmosphäre umgeben sind und relativ kleine, heiße Kerne enthalten, die von einem Mantel aus heißem, unter Druck stehendem Wasser, Ammoniak und Methaneis bedeckt sind. Und kürzlich konnten sie diese Bedingungen im Labor simulieren.

Tatsache ist, dass diese Planeten trotz des Namens „Eisriesen“ tatsächlich sehr heiß sind. Natürlich ist die Temperatur in den oberen Schichten der Atmosphäre aufgrund der Entfernung der Sonne sehr niedrig, aber je näher am Kern, desto heißer wird es unter dem Einfluss des Drucks. Es sind diese Temperatur- und Druckänderungen, die zur Freisetzung von Wasserstoff und Kohlenstoff führen und etwa 8000 km unter der äußeren Oberfläche der Atmosphäre Diamantregen bilden.

Der Himmel ist voller Diamanten

Um die Bedingungen der „Eisriesen“ im Labor zu simulieren, mussten Wissenschaftler sehr hohe Temperaturen und enorme Drücke erreichen. Dazu nutzten sie einen Laser und Kunststoff aus Wasserstoff und Kohlenstoff, der als „Backup“ für Methanverbindungen auf Neptun und Uranus diente. Durch das Experiment, das aufgrund der Komplexität des Modells nur den Bruchteil einer Sekunde dauerte, gelang es tatsächlich, winzige Edelsteine ​​zu gewinnen.

Aber auf den „Eisriesen“ fallen unter stabileren Bedingungen viel größere Steine ​​vom Himmel und bilden ganze mächtige „Diamantschauer“. Diamanten mit einer Größe von mehreren Millionen Karat sinken langsam durch den Erdmantel in Richtung Kern und bilden eine dicke Diamantschicht näher am Zentrum des Planeten. Das heißt, die Planeten selbst erweisen sich als riesige Kulisse für Edelsteine.

Die atmosphärischen Schichten der „Eisriesen“ sind so dick, dass selbst die besten Forschungssonden noch nicht genau zeigen können, was auf diesen mysteriösen Planeten passiert. Eines ist sicher: Wenn Sie einen „Himmel voller Diamanten“ wünschen, warten Sie, bis die regulären Flüge nach Neptun und Uranus aufgenommen werden.

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Stellen Sie sich vor, dass in diesem Moment, während Sie den Text lesen, irgendwo ein gläserner Sturm aufzieht oder Diamantregen fällt. Klingt wie der Anfang eines Science-Fiction-Films, nicht wahr? Aber das sind nicht die erstaunlichsten Naturphänomene, die man auf anderen Planeten findet.

In diesem Jahr gefiel der Winter auf der Erde fast niemandem und war von allerlei Katastrophen geprägt Webseite Ich beschloss, herauszufinden, wie das Klima auf anderen Planeten ist, und verliebte mich danach in unsere irdischen Fröste und das schlechte Wetter vor dem Fenster.

1. Glasstürme

Der wunderschöne azurblaue Exoplanet HD 189733b befindet sich nur 63 Lichtjahre von der Sonne entfernt, daher haben Wissenschaftler viel über ihn gelernt. Die Temperatur auf diesem Planeten beträgt 930 °C auf der hellen Seite und 425 °C auf der dunklen Seite, und die Winde rasen mit einer Geschwindigkeit von 2 km pro Sekunde. Das ungewöhnlichste Naturphänomen auf diesem Exoplaneten sind jedoch Schauer aus Glasstücken.

2. Steinduschen

Der Exoplanet COROT-7b wurde 2009 entdeckt und ist doppelt so groß wie die Erde. Auf der hellen Seite des Planeten gibt es einen riesigen Ozean aus Lava, und die dunkle Seite ist mit einer riesigen Schicht gewöhnlichen Wassereises bedeckt. Die Temperatur auf der Sonnenseite beträgt ca. 2.500 °C, was zu einzigartigen Niederschlägen führt. Auch dieser Exoplanet verfügt über einen Kreislauf, allerdings nicht aus Wasser, sondern aus geschmolzenem Gestein.

Es ist das Wetter auf COROT-7b, das viele Science-Fiction-Autoren und -Künstler inspiriert.

3. Grüner Kristallregen

Der schönste Regen fällt nicht auf einem Planeten, sondern auf dem Protostern HOPS-68, der 1.350 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Olivin, das auf der Erde zur Herstellung von Schmuck verwendet wird, überschüttet diesen Stern mit einem unglaublich schönen Glitzerregen.

4. Trockene Schneestürme

Nicht nur auf der Erde gibt es Schneestürme, auch der Mars ist mitten in der Nacht mit Schnee bedeckt. Diese nächtlichen Stürme haben einen anderen Namen: „Eis-Mikroausbrüche“ und werden oft mit kleinen Stürmen auf der Erde verglichen. Schneestürme auf dem Mars bestehen aus Trockeneis und Wolken bestehen aus gefrorenem Kohlendioxid.

Der Winter auf diesem Planeten ist kalt, mit einer Durchschnittstemperatur von -63 °C. Wenn Sie also planen, zum Mars zu fliegen, dann tun Sie dies im Sommer – die Temperatur liegt zu diesem Zeitpunkt bei etwa 20 °C, was für Erdbewohner recht angenehm ist.

5. Plasmaregen

Sogar auf der Sonne gibt es Regen, wenn auch Plasmaregen. Dieses Phänomen ist besser bekannt als Sonneneruption oder koronaler Regen und ist das Ergebnis einer starken Strahlungsexplosion.

Das Besondere daran ist, dass der Plasmaregen schnell abkühlt, wenn er sich der Sonnenoberfläche nähert. Und die äußere Atmosphäre des Sterns ist viel heißer als seine Oberfläche. Wissenschaftler konnten den Grund für dieses Phänomen noch nicht herausfinden.

6. Wirbelnde Stürme

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass durch eine Explosion in einem Teil der Atmosphäre ein Strahlungsblitz entsteht, der wiederum einen Wind mit einer Geschwindigkeit von 4 km pro Sekunde erzeugt.

7. „Sonnenschützender“ Schnee

Der Exoplanet Kepler-13Ab ist insofern einzigartig, als er „sonnenschützenden“ Schnee hat, allerdings nur auf der dunklen Seite. Tatsache ist, dass es auf dem Planeten Titandioxid gibt, das ein Wirkstoff in Sonnenschutzmitteln ist. Deshalb scherzen Wissenschaftler und empfehlen, vor dem Sonnenbaden auf der hellen Seite Sonnenschutzmittel auf die dunkle Seite aufzutragen.

8. Stürme von der Größe der Erde

Braune Zwerge sind schwer zu entdecken, da sie nicht genug Masse haben, um wie andere Sterne zu brennen. Daher wurden einzigartige Teleskope gebaut, um das Wetter an Braunen Zwergen zu untersuchen. Dank der Hubble- und Spitzer-Teleskope konnten Wissenschaftler erdgroße Stürme auf der Oberfläche des Zwergs beobachten. Es konnten auch Wolken untersucht werden, die aus ungewöhnlichen Materialien wie Sand und Tropfen geschmolzenen Eisens bestehen.

9. Eisiger Regen für andere Planeten

Enceladus ist ein Saturnmond mit Geysiren, die regelmäßig eisiges Wasser spucken und jede Sekunde etwa 250 kg in den Weltraum schicken. Ein Teil des Sediments geht im Weltraum verloren, der andere fällt auf die Saturnringe, weshalb angenommen wird, dass dieser besondere Satellit die Materiequelle in einem der Saturnringe ist. Allein auf Enceladus wurden flüssiges Wasser, Kohlenstoff, Stickstoff in Form von Ammoniak und eine Energiequelle entdeckt und die Existenz eines Ozeans unter der Mondoberfläche vermutet.

10. Hagelsturm

NGC 1333-IRAS 4B ist Teil des Sonnensystems, dessen Zentralstern ein Kokon aus Gas und Staub ist. Im Zentrum dieses Kokons befindet sich eine dichte Materialscheibe, die eher einem Hagelsturm ähnelt. Die Wassermenge, die auf die zentrale Scheibe gelangt, könnte die Ozeane der Erde fünfmal füllen. Die Scheibe ist wärmer als die sie umgebende Materialwolke. Wenn also Eisbrocken die Wolke erreichen, verdampfen sie. Und wenn der Dampf gefriert, wird vielleicht ein neuer Komet geboren. Dank des Spitzer-Teleskops haben die Menschen mehr Erkenntnisse über die Entstehung von Planetensystemen gewonnen.