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研究人員揭示了冰行星上鉆石雨的新發現

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研究人員揭示了冰行星上鉆石雨的新發現


高溫高壓下碳氫化合物的狀態圖 。該圖顯示了鉆石形成所需的不同條件，以及選定的相變(實線)和行星內部(虛線) 。使用靜態壓縮的研究(橙色區域和紅色區域)在比沖擊實驗(藍色區域)更低的壓力和溫度下觀察到金剛石形成 ， 沖擊實驗僅在對應于氫為金屬的條件下觀察到金剛石形成 。這里給出的結果證實了鉆石的形成可以發生在天王星和海王星的淺內部的條件下，包括在較低的溫度條件下 。還顯示了沖擊聚對苯二甲酸乙二醇酯中金剛石形成的條件，(C10H8O4)n(綠色區域)、金剛石熔融曲線和木星等熵線 。學分:自然天文學(2024) 。DOI: 10.1038/s41550-023-02147-x
據歐洲XFEL（Bernd Ebeling）：由加利福尼亞州SLAC研究中心的Mungo Frost博士領導的一個國際研究小組利用設在Schenefeld的X射線激光歐洲XFEL，對海王星和天王星等冰冷行星上鉆石雨的形成有了新的認識 。這些結果也為這些行星復雜磁場的形成提供了線索 。
在早期的X射線激光研究中，科學家發現鉆石應該由大型氣體行星內部的碳化合物形成，因為那里存在高壓 。然后，這些寶石會從更高層以寶石雨的形式進一步沉入行星內部 。
歐洲XFEL的一項新實驗表明，碳化合物形成鉆石的壓力和溫度已經比預想的要低 。對于氣態行星來說，這意味著鉆石雨已經在比想象中更低的深度形成，因此可能對磁場的形成產生更大的影響 。
此外，鉆石雨也可能出現在比海王星和天王星小的氣體行星上 ， 這些行星被稱為“迷你海王星”這樣的行星在我們的太陽系中并不存在 ， 但它們確實作為系外行星存在于太陽系之外 。
這項研究發表在《自然天文學》雜志上 。
在從行星外層到內層的過程中，鉆石雨可以攜帶氣體和冰，產生導電冰流 。導電流體的電流就像一臺發電機，通過它形成了行星的磁場 。
“鉆石雨可能對天王星和海王星復雜磁場的形成有影響，”弗羅斯特說 。
該小組使用由碳氫化合物聚苯乙烯制成的塑料薄膜作為碳源 。在非常高的壓力下，鉆石從金屬箔中形成——這一過程與行星內部發生的過程相同，可以在歐洲XFEL復制 。
研究人員在鉆石印章細胞和激光的幫助下，在冰冷的氣體巨星內部產生了超過2200攝氏度的高壓和溫度 。郵票細胞的功能就像一個迷你老虎鉗，樣品被擠壓在兩個鉆石之間 。在歐洲XFEL X射線脈沖的幫助下，可以精確地觀察印模單元中鉆石形成的時間、條件和順序 。
國際研究團隊還包括來自歐洲XFEL、德國漢堡DESY研究中心和德累斯頓-羅森多夫亥姆霍茲中心的科學家，以及來自不同國家的其他研究機構和大學的科學家 。包括HZDR和DESY研究中心在內的歐洲XFEL用戶聯合會為這項工作做出了重大貢獻 。
“通過這種國際合作，我們在歐洲XFEL取得了巨大進展，并獲得了對冰行星的新的深刻見解，”弗羅斯特說 。