“باران الماس” روی اورانوس و نپتون وجود دارد

این تصویر بارش الماس را بر روی نپتون نشان می‌دهد. (اعتبار تصویر: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

غولهای یخی اورانوس و نپتون به اندازه کافی مورد توجه نیستند. تمام توجه به خواهر و برادر بزرگتر آنها، مشتری قدرتمند و زحل باشکوه معطوف می‌شود.

در نگاه اول، اورانوس و نپتون فقط توپ‌هایی از مولکول‌های غیرجالب هستند. اما در زیر لایه‌های بیرونی پنهانی آن دنیاها، ممکن است چیزی تماشایی وجود داشته باشد: باران دائمی الماس.

“غول‌های یخی” ممکن است تصویر موجودی شبیه به تالکین را تداعی کنند، اما این نامی است که اخترشناسان برای دسته‌بندی بیرونی‌ترین سیارات منظومه شمسی، اورانوس و نپتون استفاده می‌کنند.

با این حال، به طرز گیج‌کننده‌ای، این نام هیچ ربطی به یخ ندارد به معنایی که معمولاً آن را تشخیص می‌دهید (مثلاً در قالب‌های یخ در نوشیدنی شما). وجه تمایز این است که این سیارات از چه چیزی ساخته شده‌اند. غولهای گازی منظومه، مشتری و زحل، تقریباً به طور کامل از گاز ساخته شده‌اند: هیدروژن و هلیوم. این سیارات عظیم از طریق تجمع سریع این عناصر است که توانستند به اندازه فعلی خود متورم شوند.

در مقابل، اورانوس و نپتون بیشتر از آب، آمونیاک و متان ساخته شده‌اند. اخترشناسان معمولاً این مولکول‌ها را «یخ» می‌نامند، اما واقعاً دلیل خوبی برای آن وجود ندارد، به جز اینکه زمانی که سیارات برای اولین بار شکل گرفتند، این عناصر احتمالاً به شکل جامد بودند.

در اعماق بالای ابرهای سبز یا آبی اورانوس و نپتون، مقدار زیادی آب، آمونیاک و متان وجود دارد. اما این غول‌های یخی احتمالاً هسته‌های سنگی دارند که توسط عناصری احاطه شده‌اند که احتمالاً به حالت‌های کوانتومی عجیب و غریب فشرده شده‌اند. در برخی مواقع، این عناصر عجیب و غریب کوانتومی به یک «سوپ» با فشار فوق‌العاده تبدیل می‌شود که به طور کلی هر چه به سطح نزدیکتر می شوید، رقیق می‌شود.

اما راستش را بخواهید، ما چیز زیادی در مورد فضای داخلی غول‌های یخی نمی‌دانیم. آخرین باری که ما داده‌های نزدیک از آن دو جهان را به دست آوردیم، سه دهه پیش بود، زمانی که وویجر 2 در مأموریت تاریخی خود غوغا به راه انداخت.

از آن زمان، مشتری و زحل میزبان چندین کاوشگر در مدار خود بوده‌اند، با این حال دیدگاه‌های ما از اورانوس و نپتون به رصدهای تلسکوپی محدود شده است.

اخترشناسان و دانشمندان سیاره‌شناس برای تلاش برای درک آنچه درون آن سیارات وجود دارد، باید آن داده‌های ناچیز را گرفته و با آزمایش‌های آزمایشگاهی ترکیب کنند که تلاش می‌کنند شرایط درونی آن سیارات را تکرار کنند. مدل‌سازی ریاضی به اخترشناسان کمک می‌کند تا بر اساس داده‌های محدود بفهمند در یک موقعیت معین چه اتفاقی می‌افتد و از ترکیبی از مدل‌سازی ریاضی و آزمایش‌های آزمایشگاهی است که متوجه شدیم اورانوس و نپتون ممکن است به اصطلاح باران الماسی داشته باشند.

باران الماس می‌بارد

ایده باران الماس برای اولین بار قبل از ماموریت وویجر 2 مطرح شد که در سال 1977 پرتاب شد. استدلال بسیار ساده بود: ما می‌دانیم که اورانوس و نپتون از چه چیزی ساخته شده‌اند و می‌دانیم که هر چه به عمق سیاره‌ای بروید، مواد داغ‌تر و متراکم‌تر می‌شوند. مدل‌سازی ریاضی به پر کردن جزئیات کمک می‌کند. مثلا با کنک این مدل‌سازی ریاضی می‌فهمیم که درونی‌ترین مناطق گوشته‌های این سیارات احتمالاً دمایی در حدود ۷۰۰۰ کلوین (۱۲۱۴۰ درجه فارنهایت یا ۶۷۲۷ درجه سانتی‌گراد) دارند و فشاری ۶ میلیون برابر جو زمین دارند.

همین مدل‌ها به ما می‌گویند که بیرونی‌ترین لایه‌های گوشته‌ها تا حدودی خنک‌تر هستند – 2000 کلوین (3140 فارنهایت یا 1727 درجه سانتی‌گراد) و تا حدودی فشار کمتری دارند (200000 برابر فشار جوی زمین).

به ویژه با متان، فشارهای شدید می‌تواند مولکول را از هم جدا و کربن را آزاد کند. سپس کربن برادران خود را پیدا می‌کند و زنجیره‌های بلندی را تشکیل می‌دهد. سپس زنجیره‌های بلند به هم فشرده می‌شوند تا الگوهای کریستالی مانند الماس را تشکیل دهند.

سپس تشکیلات الماس متراکم در لایه‌های گوشته می‌ریزند تا زمانی که خیلی داغ شود، جایی که تبخیر می‌شوند و به سمت بالا شناور می‌شوند و چرخه را تکرار می‌کنند – از این رو اصطلاح “باران الماس” نامیده می‌شود.

الماس‌های آزمایشگاهی

بهترین راه برای تایید این ایده ارسال یک فضاپیما به اورانوس یا نپتون است. این کار به این زودی‌ها محقق نخواهد بود، بنابراین ما باید دومین راه را انتخاب کنیم: آزمایش‌های آزمایشگاهی.

روی زمین، ما می‌توانیم لیزرهای قدرتمندی را به سمت اهداف شلیک کنیم تا دما و فشارهای موجود در غول‌های یخی را برای مدت کوتاهی آزمایش کنیم. یک آزمایش با پلی استایرن (با نام مستعار استایروفوم) توانست الماس‌هایی در ابعاد نانو بسازد. اورانوس و نپتون حاوی مقادیر زیادی پلی استایرن نیستند، اما این ماده در آزمایشگاه بسیار آسان‌تر از متان بود و احتمالاً رفتار مشابهی دارد.

همچنین، اورانوس و نپتون می‌توانند این فشارها را برای مدت طولانی‌تری نسبت به لیزر آزمایشگاهی حفظ کنند، بنابراین احتمالاً الماس‌ها می‌توانند بسیار بزرگ‌تر از اندازه‌های نانو باشند.

براساس هر آنچه در مورد ترکیب غول‌های یخی، ساختارهای درونی آنها، نتایج آزمایش‌های آزمایشگاهی و مدل‌سازی ریاضی ما می‌دانیم، باران الماس یک پدیده بسیار واقعی است.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Yes, there is really ‘diamond rain’ on Uranus and Neptune

By Paul Sutter published about 3 hours ag

https://www.space.com/diamond-rain-atmosphere-uranus-neptune