海王星、天王星爲什麼能下鑽石雨？

【新唐人北京時間2020年07月04日訊】海王星和天王星是太陽系中的氣態巨行星，同時也是九大行星中距離太陽最遙遠的兩顆行星。天文學家在過去長期的研究中發現，海王星和天王星上存在着超強高壓，能輕易把碳原子壓成鑽石。

現在在天王星及海王星的核心深處，可能正下着鑽石雨，天文學家藉由新方法得到實證。這些冰巨行星表面下數千公裡處，其高溫及高壓會使碳氫化合物鍵結斷裂，其中的碳會被壓縮成鑽石，並向行星的更核心處前進。

天王星及海王星是太陽系中最不爲人知的行星，人類歷史中僅僅有一個太空船“旅行者二號”曾經接近過它們，而且也不是專職對兩顆行星進行探測，只是短暫飛掠，非長期性專門任務。

這一類的“類海行星”在廣闊的銀河系中非常常見，依據美國太空總署的資料，“類海系外行星”比“類木系外行星”還要普遍10倍，因此，瞭解我們太陽系的冰巨行星對於全銀河系的行星認識非常重要，而在其寧靜的藍色外表下究竟發生了什麼，正是科學家急迫追求的答案。

新的實驗中使用了SLAC國家加速器實驗室的「線性粒子加速器相干光源」（Linac Coherent Light Source，以下簡稱LCLS）X射線雷射束，針對鑽石雨的發生過程進行最精準的測量，並直擊碳轉變成鑽石晶體的過程。

LCLS的負責人，同時也是等離子物理學家麥克·鄧恩（Mike Dunne）表示，雖然海王星和天王星上的碳元素不足，但是它們的碳氫化合物比較充足，可以利用分解碳氫化合物的方法來獲得單一碳元素，碳元素在行星內部高溫高壓的環境下被壓縮成鑽石，並因爲密度比周圍的物質高而不斷往下墜。

幾十年前的計算及實驗就說明瞭，在足夠的壓力及溫度下，甲烷可以分解成碳、氫，最終在壓力下結晶成鑽石，而在地球上要複製這個過程是非常大的挑戰，LCLS正好可以滿足這個條件，而甲烷這種易燃物質也會增加實驗的風險，故研究團隊採用了碳氫化合物--聚苯乙烯代替甲烷。

實驗的第一步是對材料加熱及加壓，溫度達到了5000K（約攝氏4727度）、壓力則是150萬大氣壓（相當於250頭大象的重量施加在一個人的姆指指甲片上），第二步則是過程的成像，X射線繞射是用來將晶體結構成像的技術，但是非晶體分子就不那麼有效了（烯及烷屬於鏈狀結構）。研究團隊使用了另一種方法，測量X射線是如何散射聚苯乙烯中的電子，這不僅能讓他們觀察到碳轉化成鑽石的過程，也能觀察氫所發生的狀況。

在這次的例子中，科學家知道碳在這個過程就直接形成了鑽石，沒有流體的過度形式，而這同時也解釋了一些難題，海王星釋出的能量，是太陽給予能量的2.6倍，而鑽石如果就這樣維持高密度狀態潛入行星核心，它們可能會釋出重力位能進而轉化成爲熱能釋出，這項新技術允許科學家利用另一種方法探測太陽系行星的內部，木星及土星的核心化學反應也是可以研究的過程，甚至是形成過程和演化歷史。

（轉自希望之聲/責任編輯：葉萍）