Αναμείνατε ολίγον τι
Επιστήμες

Στις συνθήκες μέσα στον Ποσειδώνα οφείλεται ο σχηματισμός διαμαντιών

ο πλανήτης Ποσειδώνας

Περισσότερα στοιχεία για τους πλανήτες που στο εσωτερικό τους σχηματίζονται διαμάντια, μία ιδέα που συζητάται εδώ και 30 χρόνια.

Άνθρακας, οξυγόνο και άζωτο είναι τα βαριά στοιχεία που σχηματίζονται πολύ εύκολα με την σύντηξη. Σαν αποτέλεσμα, στο Ηλιακό μας σύστημα είναι πολύ συνηθισμένα, και απαντούται κατά κύριο λόγω σε συνδυασμό με υδρογόνο και δημιουργούν αμμωνία, νερό και μεθάνιο. Στους γίγαντες του Ηλιακού μας συστήματος, αυτές οι χημικές ενώσεις βρίσκονται κάτω από πολύ μεγάλες πιέσεις, όπου η χημεία αρχίζει να γίνεται κάπως περίεργη.

Επιβιώνουν όμως αυτές οι ενώσεις στο εσωτερικό αυτών των πλανητών;

Η μία άποψη είναι ότι το μεθάνιο δεν επιβιώνει. Όταν η πίεση και η θερμοκρασία ανεβαίνει, το μεθάνιο αρχίζει και γίνεται και μετατρέπεται σε άλλους πιο περίπλοκους υδρογονάνθρακες. Και όταν η πίεση αναβαίνει ακόμα περισσότερο, υπολογίζεται ότι το υδρογόνο και ο άνθρακας διαχωρίζονται, αφήνωντας καθαρό άνθρακα να προχωρήσει πιο βαθιά μέσα στον πλανήτη. Έτσι έχει γίνει η υπόθεση ότι κοντά στον πυρήνα πλανητών όπως ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός, υπάρχει ένα στρώμα καθαρών διαμαντιών.

Με την πάροδο των χρόνων έχουν βρεθεί διάφορες ενδείξεις που υποστηρίζουν αυτή την θεωρία, που όμως είναι δύσκολο να επιβεβαιωθούν αφού δεν είναι καθόλου εύκολο να προσωμοιωθούν οι συνθήκες πίεσης – θερμοκρασίας που υπάρχουν στο εσωτερικό αυτών των πλανητών. Πρόσφατη μελέτη που έγινε στο SLAC X-ray laser facility υποστηρίζει αυτή την υπόθεση ότι αυτοί οι πλανήτες είναι γεμάτοι διαμάντια. Αν και, όπως φαίνεται, τα διαμάντια σχηματίζονται σε μεγαλύτερο βάθος απ’ ότι υποθέταμε.

Οι συνθήκες αυτών των πλανητών προσωμοιώθηκαν με διάφορους τρόπους. Το να συμπιέσουν και να αυξήσουν την θερμοκρασία του μεθανίου είναι αρκετά εύκολο με την χρήση lasers ή επιταχύνοντας το αέριο με δημιουργία συγκρούσεων. Αλλά η απλή μίμηση σπάνια προσεγγίζει την πραγματικότητα, για παράδειγμα όταν οι πιέσεις ήταν αρκετά μεγάλες, οι θερμοκρασίες έφταναν σε εξωπραγματικά μεγέθη. Και οι σχετικές συνθήκες παρέμεναν για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, κάτι που έκανε τις παρατηρήσεις πολύ δύσκολες και ακατόρθωτες.

Η εναλλακτική μέθοδος είναι οι πυρήνες αμόνι-διαμαντιού (diamond anvil cells), που είναι συσκευές που συνθλίβουν μικρά δείγματα ανάμεσα σε δύο διαμάντια. Σε αυτή την περίπτωση είναι εύκολο να ελεγχθούν οι θερμοκρασίες και οι πιέσεις αρκετά καλά. Αλλά ένα από τα στοιχεία του μεθανίου, το υδρογόνο, διαχέεται μέσα από τα διαμάντια κάτω από ορισμένες συνθήκες πίεσης. Με την αφαίρεση του υδρογόνου ίσως αυξηθεί αφύσικα η πιθανότητα δημιουργίας των διαμαντιών.

Ένα από τα δωμάτια που γινόντουσαν τα πειράματα με τις ακτίνες X από το laser / SLAC
Ένα από τα δωμάτια που γινόντουσαν τα πειράματα με τις ακτίνες X από το laser / SLAC

Μια μεγάλη διεθνής ερευνητική ομάδα κατάφερε να λύσει όλα αυτά τα προβλήματα. Με την βοήθεια των lasers θέρμαναν και συμπίεσαν ένα δείγμα υδρογονανθράκων με μία μέθοδο δύο βημάτων. Με την πρώτη ρυπή του laser θερμαίνεται και συμπιέζεται το δείγμα, ενώ με την δεύτερη επιταχύνεται ραγδαία η συμπίεση χωρίς όμως να αυξηθεί η θερμοκρασία σε μεγάλο βαθμό. Αυτή η διαδικασία κατάφερε να δημιουργήσει συνθήκες παρόμοιες με αυτές που αναμένεται να υπάρχουν 10.000km κάτω από την επιφάνεια του Ποσειδώνα, ή περίπου 40% της διαδρομής προς τον πυρήνα του. (περίπου 150 Gigapascal πίεση και λιγότερο από 6.000 Kelvin θερμοκρασία)

To SLAC facility ήταν ιδανικό για να γίνει αυτή η διαδικασία, αφού χρησιμοποιεί ένα επιταχυντή ηλεκτρονίων για να παράγει πολλαπλούς βραχείς και δυνατούς παλμούς ακτίνων Χ, σε γρήγορους ρυθμούς. Αυτό επιτρέπει την παρακολούθηση του δείγματος κάθε λίγα νανοδευτερόλεπτα.

Στα πειράματα που έγιναν μετά από την δεύτερη ρυπή άρχισε να εμφανίζεται συμπιεσμένο διαμάντι. Αυτό παρέμεινει για περίπου 10 νανοδευτερόλεπτα, και μετά άρχισε να αντικαθιστάται από ασυμπίεστο διαμάντι, κάτι που δείχνει ότι το συμπιεσμένο δείγμα ανέκαμψε προς τα έξω.

Αν και δεν είχε τον χρόνο να συμβεί σε αυτό το πείραμα, ο σχηματισμός του διαμαντιού θα απελευθέρωνε υδρογόνο, που θα έφευγε σε ανώτερο σημείο με χαμηλότερες πιέσεις. Το διαμάντι θα προχωρούσε σιγά σιγά προς τα κάτω.

Αυτό έχει μερικές σημαντικές επιπτώσεις για το πως βλέπουμε το εσωτερικό των πλανητών. Αρχικά, τα στρώματα διαμαντιού δεν θα συμμετείχαν στην μεταφορά της θερμότητας γύρω από τα υγρά και τα αέρια στρώματα αυτών των πλανητών. Αυτό θα πρέπει να σημαίνει ότι περισσότερη από την αρχική θερμότητα της βαρυτικής κατάρρευσης παγιδεύεται στον πυρήνα του πλανήτη. Σημαίνει επίσης ότι οι πλανήτες πλούσιοι σε υδρογονάνθρακες θα βιώσουν μια ξαφνική αλλαγή μόλις γίνουν αρκετά μεγάλοι για το σχηματισμό διαμαντιών στο εσωτερικό, γεγονός που θα αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο η ακτίνα του πλανήτη μεγαλώνει σύμφωνα με τη μάζα του.

Πηγές

 

Μοιραστείτε το άρθρο

The following two tabs change content below.

agathan

Αποφοίτησα απο το τμήμα Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Κρήτης. Κάτα την διάρκεια εργάστηκα στην τεχνική υποστήριξη του τμήματος. Ακολούθησε το μεταπτυχιακό μου, Msc In Applied Mathematics at University Of Delaware. Ύστερα δούλεψα για μερικά χρόνια σαν web developer (CMS and what not) και SEO/Google Ads engineer.
Και τώρα είμαστε στο GeekD, μια λέξη που περιγράφει όλα τα παραπάνω.

"All we have to decide is what to do with the time that is given us."
-Gandalf The Grey, JRR Tolkien

Αφήστε ένα σχόλιο

Επιλογές της ομάδας
σκίτσο του Άλμπερτ Αϊνστάιν
Πώς τα μυστικά των πρώτων αριθμών κάνουν τον κόσμο μας ασφαλέστερο
Πώς ο Ερατοσθένης υπολόγισε την περιφέρεια της Γης πάνω από 2000 χρόνια πριν;
Τι θα γινόταν αν ο αυτισμός ήταν ... υπερδύναμη;
Εκπληκτικές φωτογραφίες του Cassini λίγο πριν τη συντριβή του στον Κρόνο