海王星、天王星为什么能下钻石雨？

【新唐人北京时间2020年07月04日讯】海王星和天王星是太阳系中的气态巨行星，同时也是九大行星中距离太阳最遥远的两颗行星。天文学家在过去长期的研究中发现，海王星和天王星上存在着超强高压，能轻易把碳原子压成钻石。

现在在天王星及海王星的核心深处，可能正下着钻石雨，天文学家藉由新方法得到实证。这些冰巨行星表面下数千公里处，其高温及高压会使碳氢化合物键结断裂，其中的碳会被压缩成钻石，并向行星的更核心处前进。

天王星及海王星是太阳系中最不为人知的行星，人类历史中仅仅有一个太空船“旅行者二号”曾经接近过它们，而且也不是专职对两颗行星进行探测，只是短暂飞掠，非长期性专门任务。

这一类的“类海行星”在广阔的银河系中非常常见，依据美国太空总署的资料，“类海系外行星”比“类木系外行星”还要普遍10倍，因此，了解我们太阳系的冰巨行星对于全银河系的行星认识非常重要，而在其宁静的蓝色外表下究竟发生了什么，正是科学家急迫追求的答案。

新的实验中使用了SLAC国家加速器实验室的“线性粒子加速器相干光源”（Linac Coherent Light Source，以下简称LCLS）X射线雷射束，针对钻石雨的发生过程进行最精准的测量，并直击碳转变成钻石晶体的过程。

LCLS的负责人，同时也是等离子物理学家麦克·邓恩（Mike Dunne）表示，虽然海王星和天王星上的碳元素不足，但是它们的碳氢化合物比较充足，可以利用分解碳氢化合物的方法来获得单一碳元素，碳元素在行星内部高温高压的环境下被压缩成钻石，并因为密度比周围的物质高而不断往下坠。

几十年前的计算及实验就说明了，在足够的压力及温度下，甲烷可以分解成碳、氢，最终在压力下结晶成钻石，而在地球上要复制这个过程是非常大的挑战，LCLS正好可以满足这个条件，而甲烷这种易燃物质也会增加实验的风险，故研究团队采用了碳氢化合物--聚苯乙烯代替甲烷。

实验的第一步是对材料加热及加压，温度达到了5000K（约摄氏4727度）、压力则是150万大气压（相当于250头大象的重量施加在一个人的姆指指甲片上），第二步则是过程的成像，X射线绕射是用来将晶体结构成像的技术，但是非晶体分子就不那么有效了（烯及烷属于链状结构）。研究团队使用了另一种方法，测量X射线是如何散射聚苯乙烯中的电子，这不仅能让他们观察到碳转化成钻石的过程，也能观察氢所发生的状况。

在这次的例子中，科学家知道碳在这个过程就直接形成了钻石，没有流体的过度形式，而这同时也解释了一些难题，海王星释出的能量，是太阳给予能量的2.6倍，而钻石如果就这样维持高密度状态潜入行星核心，它们可能会释出重力位能进而转化成为热能释出，这项新技术允许科学家利用另一种方法探测太阳系行星的内部，木星及土星的核心化学反应也是可以研究的过程，甚至是形成过程和演化历史。

（转自希望之声/责任编辑：叶萍）