Od dawna badacze wskazują, że warunki panujące głęboko we wnętrzu Urana i Neptuna sprawiają, że może tam dochodzić do tworzenia się diamentów, które następnie pod wpływem grawitacji opadają do wnętrza planety. Teraz, w ramach najnowszego projektu badawczego naukowcy doszli do wniosku, że ów “diamentowy deszcz” może powstawać w znacznie mniej ekstremalnych warunkach, niż wcześniej sądzono. To z kolei może mieć istotne konsekwencje dla pola magnetycznego obu planet oraz na powszechność występowania takich nietypowych opadów atmosferycznych także na mniejszych od Urana i Neptuna egzoplanetach.
W najnowszym artykule naukowym opublikowanym 8 stycznia w periodyku Nature Astronomy przez naukowców pracujących na akceleratorze SLAC przy Departamencie Energii możemy przeczytać, że diamentowe deszcze z górnych do niższych warstw atmosfery lodowych olbrzymów mogą powstać w warunkach niższego ciśnienia i temperatury, niż dotychczas sądzono. Jak się okazuje, właśnie te opady kamieni szlachetnych mogą odpowiadać za niezwykle złożone pola magnetyczne obu planet.
Czytaj także: Na Uranie i Neptunie ”leje diamentami jak z cebra”. Nowa teoria tłumaczy dlaczego
Autorzy opracowania wskazują w swojej pracy, że diamentowe opady atmosferyczne dostarczają do wnętrza planety ciepło oraz ogromne ilości węgla, wpływając skutecznie na jej skład chemiczny i właściwości. Taki materiał może prowokować ruch w lodzie znajdującym się we wnętrzu planety, który z kolei może prowadzić do generowania zmian w polu magnetycznym całej planety.
W prowadzonych wcześniej w SLAC eksperymentach naukowcy wykorzystali laser rentgenowski XFEL do obserwowania procesu tworzenia się diamentowego deszczu w warunkach wysokiego ciśnienia. W ten sposób udało się potwierdzić, że diamenty faktycznie mogą powstawać w atmosferach lodowych olbrzymów, które zbudowane są głównie z wody, amoniaku i węglowodorów. Późniejsze eksperymenty wykazały także, że obecność tlenu jeszcze bardziej zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia takich opadów w szerszym zakresie ciśnień i temperatur, a tym samym na większej liczbie egzoplanet, niż wcześniej podejrzewano.
Pierwotnie podejrzewano, że do powstawania diamentów dochodzi jedynie w bardzo ekstremalnych warunkach, które nawet przy wykorzystaniu laserów o dużej mocy, naukowcy byli w stanie utrzymywać jedynie przez kilka nanosekund. W najnowszym eksperymencie przeprowadzonym za pomocą europejskiego lasera rentgenowskiego na swobodnych elektronach naukowcy obserwowali te same reakcje w znacznie dłuższej skali czasowej i przy mniej ekstremalnych warunkach.
Czytaj także: Misja na Urana i Neptuna. Polacy konstruują przyrząd do badania odległej planety
W ramach eksperymentu fizycy wykorzystali folię z polistyrenu, którą umieścili w warunkach ciśnienia i temperatury występujących głęboko we wnętrzu lodowych olbrzymów. Ciśnienie zostało wytworzone poprzez ściśnięcie folii między wierzchołkami dwóch diamentów. Tak ściśniętą folię następnie poddano działaniu impulsów wysokoenergetycznego promieniowania X generowanego przez laser XFEL. W ten sposób udało się folię podgrzać do 2200 stopni Celsjusza. W tych ekstremalnych warunkach w folii powstały diamenty, dokładnie tak, jak we wnętrzu lodowych olbrzymów.
Szczegółowe obserwacje impulsów rentgenowskich pozwoliły zaobserwować dokładnie kiedy i w jaki sposób powstawały diamenty podczas eksperymentu. Ciśnienie i temperatura obecne w tym momencie pozwoliły ustalić, na jakiej głębokości w atmosferze planety powinny formować się kamienie szlachetne. Okazało się, że diamenty powstają przy znacznie niższych ciśnieniach i temperaturach, niż wcześniej zakładano. Oznacza to, że do tego procesu dochodzi na mniejszej głębokości, niż sugerowały to wcześniejsze badania. Co ważne, ma to w takim razie jeszcze większy wpływ na pole magnetyczne obu planet. To istotna informacja, bowiem w przeciwieństwie do pola magnetycznego Ziemi, pola Urana i Neptuna nie są symetryczne i nie rozciągają się do biegunów. Od dawna wskazuje to na to, że nie powstają one w jądrze planety, a w warstwie materii przewodzącej.
Powstające w atmosferze diamenty opadając w głąb planety, ciągną za sobą zarówno gaz, jak i lód, gdzie ułatwiają wytwarzanie prądów lodowych. To właśnie owe prądy mogą działać jak swoiste dynamo napędzające pole magnetyczne.
Naukowcy w swojej pracy wychodzą także poza Układ Słoneczny. Na przestrzeni ostatnich trzydziestu lat astronomowie odkryli ponad 5500 planet pozasłonecznych. Wśród nich są zarówno planety przypominające znane nam planety Układu Słonecznego, jak i planety niemające tutaj swoich odpowiedników. Wśród tych drugich są także liczne mini-neptuny. Badacze wskazują, że wyniki ich badań wskazują na to, że także we wnętrzach minineptunów powszechnie mogą powstawać diamenty. To cenna informacja dla naukowców, którzy będą zajmowali się m.in. polami magnetycznymi takich egzoplanet.