Sciencemag.cz
Doporučujeme
Podle nové studie by diamantový déšť v nitru určitého typu exoplanet nemusel představovat nic výjimečného.
V dřívějším experimentu vědci napodobili extrémní teploty a tlaky, které se vyskytují hluboko uvnitř ledových obrů Neptunu a Uranu, a přitom poprvé pozorovali vznik diamantového deště.
Při zkoumání tohoto procesu v novém materiálu, který lépe odpovídá chemickému složení Neptunu a Uranu, vědci ze SLAC National Accelerator Laboratory (spadá pod Ministerstvo energetiky USA) a jejich kolegové zjistili, že přítomnost kyslíku zvyšuje pravděpodobnost vzniku diamantů; diamanty tedy nejspíš budou vznikat a růst v širším rozsahu podmínek, na více planetách.
Při předchozím pokusu vědci pro model nitra Neptunu a Uranu použili plast složený pouze z uhlíku a vodíku. Ledoví obři ovšem obsahují i další prvky, například velké množství kyslíku. Nový experiment proto proběhl s polyethylentereftalátem (PET), kde se poměr uhlíku, vodíku a kyslíku má blížit tomu, co předpokládáme v nitru ledových obrů.
Při experimentu vědci tenký plátek PET ostřelovali laserem. Silné laserové záblesky, které dopadly na fólii materiálu, jej na krátkou dobu zahřály na 6 000 °C a vytvořily přitom rázovou vlnu, která na několik nanosekund stlačila hmotu na tlak asi milionu atmosfér. A právě při tomto extrémním vznikly nanodiamanty.
Pokročilé analytické metody umožnily tento proces podrobněji sledovat. Rentgenová difrakce a maloúhlový rozptyl (small-angle scattering, v této práci použito údajně vůbec poprvé) zaznamenaly, jak se atomy uhlíku přeskupují do malých diamantových oblastí a jak tyto oblasti rostou až do rozměrů několika nanometrů. Přítomnost kyslíku má obecně znamenat, že nanodiamanty rostou snadněji – při nižších teplotách a tlacích, než bylo pozorováno dříve. (Poznámka: snad by se to dalo říct i tak, že materiály obsahující kyslík se snadněji rozkládaly na jednotlivé prvky?)
Autoři studie předpokládají, že diamanty v Neptunu a Uranu by byly mnohem větší než nanodiamanty vzniklé v těchto experimentech – možná by vážily až miliony karátů (Poznámka: karát = 0,2 g, takže dejme tomu kolem tuny). V průběhu tisíců let by se diamanty navíc mohly pomalu propadat vrstvami ledu a ukládat se do silné vrstvy kolem pevného jádra planety. (Působí to až poeticky, že?)
V kombinaci s diamanty by mohla vznikat i superionická voda (průvodní tisková zpráva mimochodem uvádí pro tuto fázi i označení horký černý led). Při extrémně vysokých teplotách a tlacích se molekuly vody (zřejmě/předpokládáme) přeuspořádají. Atomy kyslíku vytvářejí krystalovou mřížku, v níž volně pohybují jádra vodíku (protony). Protože jsou tato volně plovoucí jádra elektricky nabitá, superiontová voda by měla být elektricky vodivá a mohla by vysvětlovat neobvyklá magnetická pole na Uranu a Neptunu. Navíc superionická voda je silnou kyselinou.
Viz také: Pořádně kyselý superionický led
Zajímavé je, že znalosti získané při těchto pokusech by mohly najít využití i na Zemi – zefektivnit výrobu nanodiamantů, které se používají např. v medicíně (senzory, dodávka léčiv) nebo v kvantových technologiích. Pomocí laserem řízeného nárazového stlačování všudypřítomných PET plastů by výroba nanodiamantů mohla být efektivnější než při dnešních technikách (vesměs exploze větších – jistěže syntetických – diamantů nebo jiného uhlíkového materiálu). Dnešní techniky vytvářejí směs nanodiamantů různých velikostí a tvarů, technologie na bázi laserů by mohla umožnit výrobu lépe ladit/kontrolovat.
Autoři studie dále plánují provést podobné experimenty se vzorky obsahujícími navíc etanol, vodu a čpavek (další sloučeniny zřejmě se nacházející v Uranu a Neptunu); chování těchto směsí by mělo ještě realističtěji odpovídat tomu, co se může dít v nitru obřích ledových (exo)planet.
Zhiyu He et al, Diamond formation kinetics in shock-compressed C-H-O samples recorded by small-angle X-ray scattering and X-ray diffraction, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abo0617. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo0617
Zdroj: SLAC National Accelerator Laboratory / Phys.org a další
