跨越木星和土星， 我們在太陽系最神秘的兩個地方—天王星和海王星上—發現了大量的鑽石。 研究人員利用斯坦福大學的直線加速器相干光源， 借助於全世界最亮的x射線源之一， 在實驗室裡證明了這兩個冰巨星的深度非常適合鑽石的形成。
對此科學家們非常興奮， 因為這是第一次在類似于冰巨星大氣層底部的實驗室環境中， 重現這種效應。 長期以來， 科學家一直都在探索冰巨星大氣層中大量的氫氣、氦氣和甲烷(這些化學物質賦予了行星獨特的藍色外表)的影響， 以及它們是否是形成鑽石的理想條件。
“這種(條件)將會在這些天體中產生鑽石沉澱。 ”位於德勒斯頓的helmholtz - zentrum Dresden –rossendorf研究中心的研究人員， 同時也是文章作者的Dominik Kraus在一封電子郵件中告訴Gizmodo， “這意味著並不一定需要一個純的鑽石核心， 但無疑有一個巨大的環繞在岩石核外的鑽石環， 這些岩石核應該存在於海王星和天王星內部。 ”
對於在木星和土星上， 目前的觀點是這樣的:當風暴穿過甲烷分子雲層時， 雷擊會導致碳原子從化學鍵上解離下來。 當它們在空中聚集時， 就會得到煙灰雲， 接著再下沉到低層大氣中， 並受到越來越大的壓力。 壓力擠壓碳原子變成了石墨， 然後又變成了鑽石。 同時碳原子也受地心引力的影響， 所以它真的會像“鑽石雨”一樣落在星球的中部。
在天王星和海王星上， 可能存在這樣一個雲層， 在那裡形成了大量的熱甲烷， 然後甲烷在高壓環境中被分離， 所形成的碳原子接著被擠壓形成了鑽石。
但實際上直到現在， 我們從來還沒有在實驗室裡重塑這些條件。
借助於一種叫the Matter in Extreme Condition的儀器， 科學家們用能夠產生高達150吉帕壓力的鐳射照射薄薄的聚苯乙烯片。 鐳射將材料加熱到約6000開爾文， 這個溫度非常高， 但還不足以熔化鑽石。
由於科學家現在能夠重現一種類似於海王星和天王星內部10000公里處的環境， 所以進一步的研究便可向我們揭示， 除了鑽石沉澱之外是否有更穩定的形式可供選擇。
“如果溫度高到足以接近核心的溫度(一些計算如此預測)，也有可能是‘液態碳’，且有巨大的‘鑽石冰山’在其之上遊動，”Kraus說道。“但大多數理論認為鑽石仍將保持固態，至少在海王星和天王星內是這樣的，但對於一些系外行星來說，情況或許會不同。”
實際上很難用雷射脈衝即時測驗形成了何種東西，這就是為什麼要使用超亮x射線的原因。你可以把它想像成一個超亮且極短的—只有50飛秒—相機閃光燈。
“我們只能在1納秒內製造這種獨特的狀態，在此期間，我們還需要足夠的x射線來探測它，”Kraus說道。“然後我們做了簡單的x射線衍射(這種方法幾乎能夠識別每個晶體的結構)，出乎意料地得到了一個清晰的鑽石信號。”
之前的實驗從未真正提供這一過程的直接證據，或者一般從壓縮碳、鑽石砧的方法得出的結果還不夠清楚。“鑽石壓砧實驗的問題在於，很難區分兩種鑽石碎片，一種是從碳氫化合物得到的微小鑽石碎片，另一種是來自於比較巨大鑽石砧本身的鑽石碎片，”Kraus說。
除了鑽石沉澱之外是否有更穩定的形式可供選擇。“如果溫度高到足以接近核心的溫度(一些計算如此預測)，也有可能是‘液態碳’，且有巨大的‘鑽石冰山’在其之上遊動，”Kraus說道。“但大多數理論認為鑽石仍將保持固態，至少在海王星和天王星內是這樣的，但對於一些系外行星來說，情況或許會不同。”
實際上很難用雷射脈衝即時測驗形成了何種東西，這就是為什麼要使用超亮x射線的原因。你可以把它想像成一個超亮且極短的—只有50飛秒—相機閃光燈。
“我們只能在1納秒內製造這種獨特的狀態，在此期間，我們還需要足夠的x射線來探測它，”Kraus說道。“然後我們做了簡單的x射線衍射(這種方法幾乎能夠識別每個晶體的結構)，出乎意料地得到了一個清晰的鑽石信號。”
之前的實驗從未真正提供這一過程的直接證據，或者一般從壓縮碳、鑽石砧的方法得出的結果還不夠清楚。“鑽石壓砧實驗的問題在於，很難區分兩種鑽石碎片，一種是從碳氫化合物得到的微小鑽石碎片，另一種是來自於比較巨大鑽石砧本身的鑽石碎片，”Kraus說。