سیاره‌هایی که از آسمان آن‌ها الماس می‌بارد

به گزارش خبرگزاری صدا وسیما، شمارش معکوس برای آغاز فعالیت تلسکوپ فضایی جیمز وب در حالی شروع شده است که دانشمندان بی‌صبرانه منتظر دریافت تصاویر دو غول گازی منظومه شمسی هستند، مکان‌هایی که گفته می‌شود در آن‌ها از آسمان الماس می‌بارد.

این دو سیاره غول‌پیکر، یعنی نپتون و اورانوس، در نگاه اول ممکن است تنها به شکل توپ‌های بزرگ ملال‌آوری متشکل از شماری مولکول کسل‌کننده به نظر بیایند. با این حال اخترشناسان می‌گویند زیر لایه‌های فوقانی این سیاره‌های یخی ممکن است چیزی تماشایی وجود داشته باشد: «بارانی مدام از الماس».

به گفه دانشمندان مطالعات کنونی نشان می‌دهد جو این سیارات چنان دما و فشار بالایی دارد که می‌تواند کربن را به الماس تبدیل کند. دانشمندان تخمین می‌زنند هسته‌های این سیارات در حدود ۶۷۰۰ در جه سانتی‌گراد و فشاری ۶ میلیون برابر جو زمین داشته باشند. هر چند در لایه‌های بیرونی دما و فشار تا ۱۷۰۰ درجه سانتی‌گراد و ۲۰۰ هزار برابر فشار جو زمین افت می‌کند.

پژوهشگران با توجه به داده‌های موجودی که درباره اورانوس و نپتون در اختیار دارند دریافتند که سطوح بالای متان در جو این سیارات وجود دارد. این متان پس از برهم‌کنش با نور خورشید ورودی به جو به هیدروکربن‌ها تجزیه می‌شود و سپس این هیدروکربن‌ها نیز به نوبه خود درهم می‌شکنند.

کربن آزاد شده در این فرآیند زیر فشار و دمای شدید الگو‌های کریستالی الماس را تشکیل می‌دهد. این الماس‌های متراکم به دلیل داغی زیاد به سمت بالا شناور می‌شوند، بعد از آن سرد شده بر سطح سیارات می‌بارند و چرخه بارش بار‌ها و بار‌ها تکرار می‌شود.

به گفته اخترشناسان بهترین راه برای اثبات این فرضیه اعزام فضاپیما به اورانوس یا نپتون است، اما آخرین باری که سازمان فضایی آمریکا ناسا ماموریتی را برای رصد این دو سیاره تعریف کرد اعزام فضاپیمای «وویجر ۲» در دهه ۸۰ میلادی بود. از آن زمان تا کنون هیچ ماموریت پیگیری دیگری توسط این سازمان آغاز نشده است و درنتیجه مشاهدات دانشمندان عمدتا به داده‌های تلسکوپی نظیر هابل محدود شده است.

با منتفی بودن تحقق گزینه اعزام فضاپیما در آینده نزدیک، پژوهشگران برای بازسازی وضعیت آب و هوایی این سیاره‌ها رو به محیط‌های آزمایشگاهی آورده‌اند و در سال‌های اخیر برای اولین بار آزمایشی را برای کشف چگونگی شکل‌گیری الماس در این سیارات در آزمایشگاه شتاب‌دهنده ملی دانشگاه استنفورد آمریکا (SLAC) طراحی و اجرا کرده‌اند.

تیم دانشمندان در این دانشگاه برای درک بهتر فعل‌وانفعال عجیب مولکولی، شرایط جوی نپتون را در آزمایشگاه بازسازی کردند. در این آزمایش محققان به جای متان که در این سیارات وجود دارند از ماده شیمیایی استیروفوم استفاده کردند و سپس از لیزر نوری برای تولید امواج شوک بهره گرفتند. نتیجه حیرت‌آور بود چرا که وقتی امواج شوک به هم رسیدند، دما در محیط به ۴۷۰۰ درجه سانتی‌گراد رسید و فشار تا ۱.۵ میلیون بار بالا رفت.

دومینیک کراوس، فیزیکدان مؤسسه تحقیقاتی هلمهولتز-زنتروم درسدن-روزندورف در آلمان، درباره فشار تولید شده در آزمایش می‌گوید: «این معادل این است که ۲۵۰ فیل آفریقایی با هم روی سطحی به اندازه یک ناخن انگشت ایستاده باشند.»

در این آزمایش دانشمندان برای اولین بار واکنش شیمیایی درون ماده غیرکریستالی را مشاهده کردند. هیدروکربن‌ها از هم جدا شدند و کربن به سرعت به الماس تغییر شکل داد.

دانشمندان همچنین دریافتند که وضعیتی مشابه به سیاره زحل نیز می‌تواند در مقیاسی عظیم‌تر در جو این سیارات رخ دهد. فضاپیمای وویجر ۲ پیشتر با استفاده از آزمایشات امواج پلاسما ثابت کرده بود که صاعقه‌های مهیبی در اتمسفر این سیارات به وقوع می‌پیوندد. این رعد و برق‌های عظیم باعث تبدیل متان به دوده یا کربن و قطعات گرافیت سخت می‌شوند و در طول زمان سرانجام الماس تولید می‌کند.

تخمین زده می‌شود در زحل سالانه حدود هزار تن الماس تولید شود هرچند به دلیل شرایط سخت حاکم بر سیاره تا کنون کسی نتوانسته است از نزدیک آن‌ها را مشاهده کند. دکتر کوین بینز، از دانشگاه ویسکانسین-مدیسون و آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا، می‌گوید قطر بزرگ‌ترین الماس‌ها، که به این روش تولید می‌شوند، تا یک سانتی‌متر می‌رسد.

پژوهشگران از روی نتایج آزمایش خود تخمین می‌زنند که ورقه‌های الماس باعث ایجاد انرژی گرانشی شده و متعاقبا به هنگام بارش روی سطح سیاره انرژی گرمایی تولید می‌کنند. این فعل و انفعال توضیح می‌دهد که چرا هسته نپتون مقدار زیادی انرژی، تقریبا دو برابر خورشید، تولید می‌کند.

نائومی رو گرنی، اخترفیزیکدان و محقق در مرکز پرواز‌های فضایی گدارد ناسا، می‌گوید تحقیقات جدید آزمایشگاهی چشم‌اندازی از وضعیت منظومه‌های فراخورشیدی را پیش چشم دانشمندان می‌گذارد.