Гипотеза о том, что в глубинах Урана и Нептуна идут дожди из настоящих алмазов, оказалась под вопросом благодаря исследованию ученых из Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН. Проведя серию тщательных экспериментов, российские специалисты выявили серьезные недостатки в моделях, которые десятилетиями поддерживали эту красивую научную теорию. Гипотеза об алмазных дождях возникла еще в начале 1980-х годов, когда американские астрономы, моделируя внутреннее строение ледяных гигантов, столкнулись с вопросом о состоянии метана в экстремальных условиях планетных недр. Было высказано предположение, что колоссальное давление и температура должны расщеплять молекулы метана на водород и углерод, который, в свою очередь, под действием тех же сил кристаллизуется в алмазы и оседает к ядру планеты подобно осадкам.
Для проверки этой теории зарубежные исследователи проводили эксперименты с использованием алмазных наковален, где крошечные образцы метана сжимались под давлением в миллионы атмосфер и нагревались лазером. Поскольку метан плохо поглощает лазерное излучение, в образцы добавляли частицы платины, которая выступала в роли инертного нагревателя. В этих опытах образование алмазов действительно фиксировалось, что считалось прямым доказательством гипотезы. Однако сотрудников ИГМ СО РАН насторожил один момент — химическая инертность платины в условиях эксперимента никем не проверялась.
С помощью источника синхротронного излучения в Гамбурге они смогли в реальном времени детально отслеживать все химические процессы, происходящие в алмазной наковальне при нагреве. Метан в присутствии платины под высоким давлением образовывал алмазы. Однако дальнейший анализ показал, что платина в этих условиях не остается инертной, как считалось раньше. Она вступает в реакцию с метаном, выступая в роли катализатора, и «отбирает» у него атомы водорода, образуя гидрид платины. Свободный углерод при этом выделяется в виде алмазных кристаллов. Таким образом, наблюдаемый процесс был не прямым разложением метана, а сложной химической реакцией с участием металла-катализатора, которая крайне маловероятна в естественной среде недр Урана или Нептуна, где платина отсутствует в необходимой форме.
Для окончательного подтверждения своих выводов ученые поставили контрольный эксперимент, заменив платину на золото — металл, который достоверно не образует гидридов даже при экстремальных давлениях. Когда метан нагревали в присутствии золота, кристаллизации алмазов зафиксировано не было. Это стало прямым доказательством того, что без химически активного катализатора разложение метана на алмазы и водород в условиях, соответствующих недрам ледяных гигантов, не происходит.
Ранее ученые рассказали, как тень Земли может помочь обнаружить инопланетные зонды.
