چرا در سیاره نپتون، الماس می‌بارد؟!

زوميت/ حاصل تجزيه‌ي کربن در نپتون، باران‌هاي الماس است که روي هسته‌ي اين سياره فرود مي‌آيند. حالا دانشمندان با آزمايشي جديد به توصيف اين پديده پرداخته‌اند. در اعماق قلب نپتون و اورانوس، الماس مي‌بارد. حالا دانشمندان با آزمايش‌‌هاي خود به شواهدي رسيده‌اند که علت اين پديده را توضيح مي‌دهند. طبق فرضيه‌ها، گرما و فشار متراکم در عمق هزاران کيلومتري سطح غول‌هاي يخي نپتون و اورانوس، منجر به جداسازي ترکيب‌هاي هيدروکربني مي‌شود. در چنين شرايطي کربن به‌صورت الماس فشرده مي‌شود و در اعماق هسته‌ي سياره فرود مي‌آيند. در آزمايش جديد براي اندازه‌گيري دقيق فرايند باران الماس از ليزر پرتوي ايکس LCLS (منبع نور منسجم ليناک) در آزمايشگاه ملي شتاب‌دهنده‌ي SLAC استفاده شد. طبق نتايج، در اين فرايند کربن به‌صورت مستقيم تبديل به الماس کريستالي مي‌شود. به گفته‌ي مايک دان، فيزيکدان پلاسما و رئيس LCLS: اين پژوهش درباره‌ي حل‌پذيري و ترکيب دو عنصر است، پديده‌اي که مدل‌سازي محاسباتي آن بسيار دشوار است. جداسازي عناصر را مي‌توان به تجزيه‌ي مايونز به روغن و سرکه هم تشبيه کرد. نسبت به سياره‌هاي ديگر منظومه‌ي شمسي، از نپتون و اورانوس اطلاعات کمتري در دست است؛ زيرا تنها کاوشگر فضايي وويجر ۲ به اين دو سياره نزديک شده است و تنها يک بار از روي آن‌ها عبور کرده است و مدت مأموريت هم طولاني نبوده است. اما مشابه غول‌هاي يخي نپتون و اورانوس، در راه شيري بسيار متداول هستند. سياره‌هاي فراخورشيدي شبه نپتون ۱۰ برابر رايج‌تر از سياره‌هاي شبه مشتري هستند. درنتيجه درک غول‌هاي يخي منظومه‌ي شمسي براي درک ديگر سياره‌هاي کهکشان ضروري است؛ و با درک بهتر اين سياره‌ها، مي‌توان از اتفاق‌هاي زير جو آبي آن‌ها با خبر شد. از طرفي جو نپتون و اورانوس از هيدروژن و هليوم تشکيل شده است و درصد کمي گاز متان در آن وجود دارد. زير اين لايه‌هاي جوي، مايعي داغ و متراکم از مواد يخي مثل آب، متان و آمونياک دورتادور هسته را گرفته‌اند. فيزيکداني به‌نام دومينيک کراوس در آزمايش‌ قبلي خود در SLAC، از انکسار پرتوي ايکس براي نمايش باران نپتوني استفاده کرد. حالا کراوس و تيم او پژوهش‌هاي خود را به يک پله بالاتر برده‌اند. او درباره‌ي جديدترين تلاش‌هاي خود مي‌گويد: روش جديد براساس پراکنده‌سازي پرتوي ايکس است. آزمايش‌هاي ما پارامترهاي مهمي از مدل را ارائه مي‌کنند که در گذشته مبهم بودند. با کشف سياره‌هاي فراخورشيدي بيشتر، ارتباط بيشتري با آزمايش‌ها پيدا خواهيم کرد. مدل‌سازي محيط داخلي غول‌هاي گازي روي زمين کار دشواري است. براي اين کار نياز به تجهيزات ويژه‌اي مثل LCLS و مواد مشابه عناصر سياره‌هاي غول‌آسا است. پژوهشگرها براي رسيدن به اين هدف به‌جاي متان از هيدروکربن پلي استيرن استفاده کردند. اولين گام، افزايش حرات و فشار ماده براي شبيه‌سازي شرايط عمق ۱۰۰۰ کيلومتر نپتون است. در اين مرحله پالس‌هاي ليزري، موج‌هاي ضربه‌اي را در پلي‌استيرن توليد مي‌کنند و دماي ماده تا ۴۷۲۷ درجه‌ي سانتي‌گراد بالا مي‌رود. با افزايش دما فشار هم افزايش مي‌يابد. به گفته‌ي کراوس، «ما فشار تقريبي ۱.۵ ميليون باري را توليد کرديم که هم ارز با فشار وزن ۲۵۰ فيل آفريقايي روي يک انگشت دست است.» در آزمايش قبلي از انکسار پرتوي ايکس براي بررسي ماده استفاده شد. اين روش براي موادي با ساختارهاي کريستالي نتايج خوبي دارد اما براي مولکول‌هاي غيرکريستالي مبهم است بنابراين نتيجه‌ي ناقصي در آزمايش قبلي به دست آمد. پژوهشگرها در آزمايش جديد از روش متفاوتي استفاده کردند. آن‌ها در اين روش به اندازه‌گيري نحوه‌ي پراکندگي پرتوهاي ايکس از الکترون‌هاي پلي‌استيرن پرداختند. به اين ترتيب نه‌تنها موفق به بررسي تبديل کربن به الماس شدند بلکه ديگر اتفاقات مثل تقسيم هيدروژني را هم مشاهده کردند. در اين آزمايش هيچ کربن زائدي باقي نماند. به گفته‌ي کراوس: در رابطه با غول‌هاي گازي مي‌دانيم کربن پس از جداسازي مستقيما به الماس تبديل مي‌شود و وارد فاز مايع نمي‌شود. نکته‌ي عجيب درباره‌ي نپتون اين است که دماي داخل آن فراتر از حد قابل انتظار است. درواقع گرماي داخل نپتون ۲/۶ برابر بيشتر از گرماي دريافتي آن از خورشيد است. اگر الماس‌ها که متراکم‌تر از مواد اطرافشان هستند، داخل نپتون ببارند، مي‌توانند انرژي گرانشي آزاد کنند که اين انرژي به گرما تبديل مي‌شود که بر اثر اصطکاک بين الماس‌ها و مواد اطراف آن‌ها به وجود مي‌آيد. طبق آزمايش فوق، نيازي به تعريف جايگزين نيست و از اين روش مي‌توان براي بررسي فضاي داخلي سياره‌هاي ديگر منظومه‌ي شمسي هم استفاده کرد. به گفته‌ي کراوس: با اين روش مي‌توانيم به اندازه‌گيري فرآيندهاي جذابي بپردازيم که بازسازي آن‌ها کار دشواري است... براي مثال مي‌توانيم به مقدر عناصري مثل هيدروژن و هليوم در غول‌هاي گازيم شتري و زحل پي ببريم، اين عناصر را در شرايط شديد جدا کرده ترکيب کنيم و به روشي جديد براي بررسي تاريخچه‌ي تکاملي سياره‌ها و منظومه‌هاي سياره‌اي برسيم. اين آزمايش مي‌تواند مقدمه‌اي براي آزمايش‌هايي باشد که در آينده به بررسي اشکال مختلف انرژي حاصل همجوشي مي‌پردازند.

به پيج اينستاگرامي «آخرين خبر» بپيونديد

instagram.com/akharinkhabar