کشف سیاراتی که از آسمان آن‌ها الماس می‌بارد

شمارش معکوس برای آغاز فعالیت تلسکوپ فضایی جیمز وب در حالی شروع شده است که دانشمندان بي صبرانه منتظر دریافت تصاویر دو غول گازی منظومه شمسی هستند، مکان هایی که گفته می شود در آن ها از آسمان الماس می بارد.

این دو سیاره غول پیکر ، یعنی نپتون و اورانوس، در نگاه اول ممکن است تنها به شکل توپ های بزرگ ملال آوری متشکل از شماری ملکول کسل کننده بنظر بیایند. با این حال اخترشناسان می گویند زیر لایه های فوقانی این سیاره های یخی ممکن است چیزی تماشایی وجود داشته باشد: «بارانی مدام از الماس».

به گفه دانشمندان مطالعات کنونی نشان می دهد جو این سیارات چنان دما و فشار بالایی دارد که میتواند کربن را به الماس تبدیل کند. دانشمندان تخمین می زنند هسته های این سیارات در حدود ۶۷۰۰ در جه سانتی گراد و فشاری ۶ میلیون برابر جو زمین داشته باشند. هر چند در لایه های بیرونی دما و فشار تا ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد و ۲۰۰ هزار برابر فشار جو زمین افت می کند.

پژوهشگران باتوجه به داده های موجودی که درباره اورانوس و نپتون در اختیار دارند دریافته ند که سطوح بالای متان در جو این سیارات وجود دارد. این متان پس از برهم کنش با نور خورشید (Sunlight) ورودی به جو به هیدروکربن ها تجزیه می شود و سپس این هیدروکربن ها نیز به نوبه خود درهم می شکنند.

کربن آزاد شده در این فرآیند زیر فشار و دمای شدید الگوهای کریستالی الماس را تشکیل می دهد. این الماس های متراکم به دلیل داغی زیاد به سمت بالا شناور میشوند، بعد از آن سرد شده بر سطح سیارات می بارند و چرخه بارش بارها و بارها تکرار می شود.

به گفته اخترشناسان بهترین راه برای اثبات این فرضیه اعزام فضا پیما (Spacecraft) به اورانوس یا نپتون است، اما آخرین باری که سازمان فضایی آمریکا ناسا ماموریتی را برای رصد این دو سیاره تعریف کرد اعزام فضاپیمای «وویجر ۲» در دهه ۸۰ میلادی بود. از آن زمان تا کنون هیچ مأموریت پیگیری دیگری توسط این سازمان آغاز نشده است و درنتیجه مشاهدات دانشمندان عمدتاً به داده های تلسکوپی نظیر هابل محدود شده است.

با منتفی بودن تحقق گزینه اعزام فضاپیما در آینده نزدیک، پژوهشگران برای بازسازی وضعیت آب و هوایی این سیاره ها رو به محیط های آزمایشگاهی آورده اند و در سال های اخیر برای نخستین بار آزمایشی را برای کشف چگونگی شکل گیری الماس در این سیارات در آزمایشگاه شتاب دهنده ملی دانشگاه استنفورد آمریکا (SLAC) طراحی و اجرا کرده اند.

تیم دانشمندان در این دانشگاه برای درک بهتر فعل و انفعال عجیب مولکولی، شرایط جوی نپتون را در آزمایشگاه بازسازی کردند. در این آزمایش محققان به جای متان که در این سیارات وجود دارند از ماده شیمیایی استیروفوم استفاده کردند و سپس از لیزر نوری برای تولید امواج شوک بهره گرفتند. نتیجه حیرت آور بود چرا‌که وقتی امواج شوک به هم رسیدند، دما در محیط به ۴۷۰۰ درجه سانتیگراد رسید و فشار تا ۱.۵ میلیون بار بالا رفت.

دومینیک کراوس، فیزیکدان موسسه تحقیقاتی هلمهولتز- زنتروم درسدن- روزندورف در آلمان، درباره فشار تولید شده در آزمایش می گوید: «این معادل این است که ۲۵۰ فیل آفریقایی با هم روی سطحی به اندازه یک ناخن انگشت ایستاده باشند.»

در این آزمایش دانشمندان برای نخستین بار واکنش شیمیایی درون ماده غیرکریستالی را مشاهده کردند. هیدروکربن ها از هم جدا شدند و کربن به سرعت به الماس تغییر شکل داد.

دانشمندان همچنین دریافتند که وضعیتی مشابه به زحل (Saturn) نیز میتواند در مقیاسی عظیم تر در جو این سیارات رخ دهد. فضاپیمای وویجر ۲ پیشتر با استفاده از آزمایشات امواج پلاسما ثابت کرده بود که صاعقه های مهیبی در اتمسفر این سیارات به وقوع می پیوندد. این رعد و برق های عظیم باعث تبدیل متان به دوده یا کربن و قطعات گرافیت سخت میشوند و در طول زمان سرانجام الماس تولید می کند.

تخمین زده می شود در زحل سالانه حدود هزار تن الماس تولید شود هرچند به دلیل شرایط سخت حاکم بر سیاره تا کنون کسی نتوانسته است از نزدیک آنها را مشاهده کند. دکتر کوین بینز، از دانشگاه ویسکانسین- مدیسون و آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا، می گوید قطر بزرگترین الماس ها، که به این روش تولید میشوند، تا یک سانتیمتر می رسد.

پژوهشگران از روی نتایج آزمایش خود تخمین می زنند که ورقه های الماس باعث ایجاد انرژی گرانشی شده و متعاقبا به هنگام بارش روی سطح سیاره انرژی گرمایی تولید می کنند. این فعل و انفعال توضیح می دهد که چرا هسته نپتون مقدار زیادی انرژی، تقریبا دو برابر خورشید، تولید می کند.

نائومی رو گرنی، اخترفیزیکدان و محقق در مرکز پروازهای فضایی گدارد ناسا، می گوید تحقیقات جدید آزمایشگاهی چشم اندازی از وضعیت منظومه های فراخورشیدی را پیش چشم دانشمندان می گذارد.