Badają "diamentowy deszcz" na Neptunie. Ta wiedza przyda się na Ziemi

Badacze z Lawrence Livermore National Laboratory przeprowadzili doświadczenie, w którym doprowadzili do stopienia diamentu w parametrach zbliżonych do tych, jakie panują wewnątrz lodowych olbrzymów – Neptuna i Urana. Celem było zweryfikowanie mechanizmu, w którym przy ekstremalnym ciśnieniu i temperaturze węgiel może przechodzić w postać kropli diamentów, tworząc zjawisko nazywane "deszczem diamentów".

Aby uzyskać tak skrajne parametry, wykorzystano silny laser na Uniwersytecie w Rochester. Impuls wywołał gwałtowną falę uderzeniową, która ścisnęła próbkę do ciśnienia ponad trzykrotnie większego niż w jądrze Ziemi oraz podniosła temperaturę do poziomu porównywalnego z temperaturą powierzchni Słońca. Taki stan utrzymywał się niezwykle krótko – zaledwie przez miliardową część sekundy – ale dzięki dyfrakcji rentgenowskiej możliwe było śledzenie zmian zachodzących w materiale.

Wcześniejsze próby wyznaczenia punktu topnienia diamentu dawały niespójne rezultaty: pomiary eksperymentalne nie zgadzały się z obliczeniami komputerowymi opartymi na mechanice kwantowej, a różnice przekraczały 1 000 kelwinów. Nowe pomiary pozwoliły doprecyzować ten obraz i okazały się zgodne z aktualnymi, bardziej zaawansowanymi modelami teoretycznymi.

Jednym z najbardziej nieoczekiwanych wniosków było stwierdzenie, że w określonych warunkach stały diament może mieć mniejszą gęstość niż ciekły, metaliczny węgiel. To sugeruje scenariusz, w którym w głębi Neptuna diamentowe "krople" nie muszą jedynie opadać – mogą też zachowywać się jak lód na wodzie i unosić się na "morzu" płynnego węgla. Zjawisko opadających diamentowych kropli jest wskazywane jako jeden z procesów, które mogą odpowiadać za część nadwyżki energii emitowanej przez Neptuna.

Eksperyment ma też potencjalne znaczenie dla badań nad fuzją jądrową. Naukowcy zwrócili uwagę, że zamiast rozpoczynać proces od bardzo silnych uderzeń w diamentowe kapsuły wykorzystywane jako cele do inicjowania reakcji, lepsze efekty może dać wolniejszy, łagodniejszy start. Z przedstawionych wyliczeń wynika, że taka zmiana strategii mogłaby nawet potroić ilość energii uzyskiwanej w próbach fuzji jądrowej.

Uzyskane warunki wciąż nie oznaczają, że komercyjne wykorzystanie syntezy jądrowej jest na wyciągnięcie ręki. Badanie stanowi jednak ważny krok w doprecyzowaniu parametrów potrzebnych do zapoczątkowania i kontroli fuzji, a równocześnie pomaga lepiej zrozumieć procesy zachodzące we wnętrzach planet. Choć możliwość zobaczenia "diamentowego deszczu" na własne oczy pozostaje odległa, wyniki doświadczenia mogą przełożyć się zarówno na planetologię, jak i przyszłe technologie energetyczne.