"I diamanti sono per sempre", è un detto comune che allude al valore estremo dei diamanti, che sono tra le sostanze più rare che si trovano naturalmente sulla terra. I diamanti sono anche una delle sostanze più apprezzate sulla terra, in parte a causa della sua rarità e in parte a causa delle numerose applicazioni del minerale. Essendo la sostanza naturale più dura sulla terra, i diamanti sono un componente cruciale nella produzione di oggetti di perforazione. Considerando l'alto valore dei diamanti, è quasi impensabile che su Urano e Nettuno i diamanti non siano affatto rari perché piovono dalle nuvole. Mentre uno scenario simile sembra una sceneggiatura di un film di fantascienza, gli scienziati hanno confermato che i diamanti cadono davvero dal cielo sui due pianeti. Un recente rapporto pubblicato su Nature Astrophysics ha affermato che i ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory sono stati in grado di formare diamanti microscopici su un pezzo di plastica, dopo aver ricreato le condizioni estreme che si trovano nel mantello dei due giganti del ghiaccio.
The Experiment
Mentre la natura strana (o terrificante) dello spazio è stata studiata per molti anni, la teoria di piovere diamanti su Nettuno e Urano si è polarizzata tra gli astrofisici, con alcuni scienziati che screditano la teoria. I sostenitori della teoria non hanno prodotto fatti convincenti. Tutti gli esperimenti condotti per supportare la teoria non hanno prodotto i risultati richiesti, in quanto i ricercatori non erano in grado di ricreare le condizioni estreme presenti nei mantelli di Urano e Nettuno che erano necessari per la formazione dei diamanti, dove le temperature raggiunsero 5000 kelvin mentre la pressione superava 700 gigapascals. Questo fino a poco tempo fa, quando i ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory sono riusciti a replicare le pressioni estreme e le temperature dei giganti del ghiaccio usando un laser ottico ad alta potenza, nonché un laser a elettroni liberi a raggi X per inviare impulsi a raggi X a velocità ultraveloci attraverso una forma di plastica, polistirene. Il polistirene è un idrocarburo costituito da idrogeno e atomi di carbonio e ha una struttura che ricorda da vicino quella del gas metano presente nei giganteschi pianeti del ghiaccio. I ricercatori erano entusiasti di vedere la formazione di diamanti microscopici dopo l'invio della prima e della seconda onda d'urto a raggi X attraverso il polistirene. I ricercatori hanno utilizzato una sorgente luminosa coerente Linac per emettere impulsi ultraveloci a raggi X che durano meno di un nanosecondo (durano per un femtosecondo) ed è stato fondamentale per registrare il processo che avviene in una durata altrettanto breve. Lo studio è stato successivamente pubblicato in un'edizione della rivista Nature Astrophysics e inviato il mondo astrofisico in delirio.
Condizioni su Urano e Nettuno
Urano e Nettuno sono entrambi classificati come giganti del ghiaccio e non giganti del gas come inizialmente pensavano. I due pianeti sono gli unici due giganti del ghiaccio nel Sistema Solare e quindi abbastanza simili per dimensioni, aspetto e composizione. Urano è il terzo pianeta più grande del Sistema Solare, mentre Nettuno è il quarto pianeta più grande del Sistema Solare. Essendo principalmente costituito da gas, i due pianeti sono anche tra i pianeti meno densi del Sistema Solare. I due pianeti sono di aspetto blu, con Nettuno che ha una tonalità di blu più scuro di Urano. Le atmosfere dei due pianeti sono estremamente spesse; estendere le miglia 17.2 su Uranus e 12.2 su Neptune, e sono entrambi simili nella composizione; costituito da idrogeno, metano ed elio. I mantelli su entrambi i giganti del ghiaccio sono costituiti da ghiaccio incluso metano, acqua e ammoniaca. Le condizioni sui due pianeti si trovano agli estremi e aumentano di intensità più vicino ai nuclei. In Nettuno, la pressione atmosferica al di sotto delle nuvole inferiori è pensata per essere di dieci gigapascal e aumenta a circa 700 gigapascal nel nucleo del pianeta con temperature alte come 5,400 K.
Si stima che le pressioni sperimentate nel nucleo di Urano siano tanto quanto i gigapascali 800 mentre le temperature sono ritenute pari a 5,000 K. Gli scienziati ritengono che le condizioni sul mantello dei due pianeti siano ideali per la rottura del metano, separando gli atomi di idrogeno dal carbonio gli atomi e, in definitiva, la formazione di diamanti che piovono fino ai nuclei dei pianeti.
Primi studi
L'esistenza di diamanti nei giganteschi pianeti glaciali del Sistema Solare fu suggerita per la prima volta da Marvin Ross, un famoso studioso che in 1981 scrisse un articolo dal titolo: "Lo strato di ghiaccio di Urano e Nettuno, i diamanti nel cielo?" Nel libro, affermò che l'interno dei due giganti del ghiaccio era costituito da immense quantità di diamanti. Marvin Ross ha sostenuto che l'immensa pressione atmosferica presente all'interno dei pianeti, combinata con temperature estreme rilasciava atomi di carbonio da atomi di idrogeno, portando alla formazione di diamanti. Marvin ha basato la sua argomentazione su un esperimento che ha coinvolto il gas metano in una procedura di compressione a onde d'urto. Altri esperimenti successivi condotti da altri rinomati scienziati come Sandro Scandolo hanno confermato che a grande pressione, il metano può essere trasformato in idrocarburi, con la pressione impostata di almeno 300 gigapascal. Gli scienziati dell'Università della California Berkeley che hanno utilizzato una cella di incudine diamantata sono riusciti a ottenere il risultato a temperature di Xnumx kelvin e pressioni di 2500 gigapascal.
Queste temperature estreme e la pressione sono equivalenti alle condizioni sotto le nuvole in Nettuno. Gli scienziati del Geophysical Laboratory hanno condotto un altro esperimento in cui sono stati in grado di destabilizzare la composizione chimica del metano a temperature di 2000 kelvin e una pressione di 7 gigapascal. Tuttavia, tutti gli esperimenti non hanno portato alla formazione di diamanti poiché la tecnologia esistente ha limitato i livelli di pressione e temperature raggiunti, impedendo agli scienziati di ricreare le condizioni presenti all'interno dei due pianeti giganti del ghiaccio. Tuttavia, alcuni scienziati erano scettici sulla teoria che affermava l'esistenza di diamanti in Urano e Nettuno, affermando che la presenza di idrogeno e acqua che si mescolavano con il gas metano nelle atmosfere dei pianeti avrebbe messo a repentaglio le reazioni chimiche. Altri hanno affermato che la concentrazione di carbonio in due giganti del ghiaccio non era abbastanza alta da consentire la formazione di diamanti, indipendentemente dalla quantità di pressione o temperatura esercitata sui gas.
