Ученые из Рочестерского университета (США) воспроизвели процесс формирования алмазных дождей в недрах ледяных гигантов Солнечной системы. Статья опубликована в журнале Nature Physics.
В недрах ледяных гигантов Солнечной системы происходят экстремальные метеорологические явления. На протяжении десятилетий астрофизики предполагали существование осадков из драгоценных минералов на Уране и Нептуне. При определенных показателях давления и температуры углерод трансформируется и выпадает в виде дождя. Исследователям впервые удалось смоделировать процесс формирования этого феномена в лабораторных условиях.
Эксперимент проводился на базе крупного лазерного комплекса. Мощный лазерный импульс испарил внешний слой подготовленного алмазного образца. Воздействие спровоцировало мощную ударную волну, которая сжала внутреннюю структуру минерала. Давление превысило показатели земного ядра в 3 раза, а температура достигла значений поверхности Солнца.
Такое экстремальное состояние поддерживалось в течение одной миллиардной доли секунды. Фиксация параметров осуществлялась с помощью сверхбыстрого метода рентгеновской дифракции. Полученные данные помогли разрешить научную проблему, существовавшую на протяжении 20 лет. Предыдущие физические измерения температуры плавления алмаза расходились с квантовыми компьютерными моделями на 20%.
Алмазные дожди на Нептуне
Разница между теоретическими и наблюдаемыми значениями составляла больше 1000 кельвинов. Новая рентгеновская информация подтвердила соответствие реальной температуры плавления современным квантовым расчетам. В ходе эксперимента физики обнаружили еще одно нестандартное свойство материала. При заданных условиях твердый алмаз оказался менее плотным, чем жидкий металлический углерод.
Минерал способен плавать на поверхности углеродного океана, подобно льду в воде. В масштабах планеты расплавленные алмазы образуют жидкость, которая опускается к ядру. Трение и тепло от этих капель выступают основными источниками избыточной энергии Нептуна. Планета впоследствии излучает эту энергию в окружающее космическое пространство.
Результаты исследования имеют важное значение для развития энергетики. Установка инерциального термоядерного синтеза использует алмазные капсулы в качестве мишеней для топлива. Выяснилось, что для инициации реакции требуется значительно меньше энергии, чем считалось ранее. Более медленный и мягкий начальный удар обеспечивает идеальное плавление капсулы.
Изменение подхода к облучению мишени способно кардинально повысить эффективность процесса. Теоретические расчеты прогнозируют увеличение выхода термоядерной энергии ровно в 3 раза. Этот показатель пока не позволяет использовать технологию для промышленных электростанций. Однако открытие серьезно приближает физиков к созданию энергетически выгодного реактора.
Ранее Наука Mail рассказывала, что анализ сверхглубоких алмазов помог разгадать загадку строительных блоков жизни.