18.01.2010

На Уране и Нептуне возможны алмазные океаны

Айсберги из алмаза, плавающие по поверхности "алмазных" морей, вполне могут существовать в глубинах парочки планет-гигантов. Так считает опирающаяся на данные новых экспериментов группа физиков из нескольких университетов США, а также из Ливерморской национальной лаборатории (Lawrence Livermore National Laboratory).

Алмаз нельзя превратить напрямую в жидкость простым нагревом (даже без доступа воздуха, чтобы не сгорел), необходимо ещё и прикладывать огромное давление, причём делать это надо очень быстро, иначе алмаз сначала обращается в графит, а тот уже тает. И хотя такой трюк (прямое "сжижение" алмаза) уже был провёрнут несколько лет назад в лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories), точного значения температуры перехода измерить не удалось.

Между тем уточнение формы кривых на диаграмме фазовых состояний углерода при больших значениях давления и температуры важно для понимания процессов, идущих в недрах газовых гигантов, а именно — на Уране и Нептуне.

Именно там, по оценкам американских учёных, могут существовать весьма необычные углеродные океаны. Такой вывод был сделан после того, как физики подробно изучили смену фазовых состояний углерода и впервые уточнили температуру плавления алмаза.

Для этого небольшие природные алмазы (по 0,5 мм в поперечнике и 0,1 карата веса) подвергали действию ударных волн, возникающих в толще материала при облучении высокоинтенсивным лазером (он обрушивал на образцы 3 килоджоуля энергии за 1 наносекунду). Так удалось измерить параметры и описать поведение кристаллического и жидкого углерода при давлении вплоть до 40 миллионов атмосфер и температурах более 50 тысяч кельвинов.

Опыт в частности показал, что после шокового расплавления образцов при последующем падении давления ниже 6-11 миллионов атмосфер крошечные кристаллы алмаза начали появляться из жидкости. И это, мол, говорит о том, что в глубинах газовых гигантов алмазы вполне могут существовать в стабильном состоянии (любопытно, что ранее голландцы дали крайне низкие шансы на алмазы Урана).

Однако самое удивительное открытие заключалось в том, что в данных условиях алмаз превращается в жидкость более плотную, чем сам кристалл, кстати, — металлическую. То есть при больших давлениях алмаз ведёт себя подобно воде: его "лёд" менее плотный, чем жидкая фаза. Это значит, что на поверхности слоёв жидкого углерода, где-то на чудовищных глубинах в Нептуне и Уране, могут плавать алмазные айсберги. Авторы работы полагают, что металлический углеродный океан у данных гигантов, с его мощными течениями, может быть ответственен за сильное несовпадение магнитных полей и осей вращения данных планет.

Детали нового исследования изложены в статьях (1 и 2) в Nature Physics.

Источники:

1. MEMBRANA