"Diamonds are forever" (Diamanten sind für immer) ist eine gängige Aussage, die auf den extremen Wert von Diamanten anspielt, die zu den seltensten natürlichen Stoffen auf der Erde gehören. Diamanten sind auch eine der wertvollsten Substanzen auf der Erde, teilweise aufgrund ihres seltenen Auftretens und teilweise aufgrund der vielen Anwendungen, die das Mineral hat. Als härteste natürlich vorkommende Substanz auf der Erde sind die Diamanten ein entscheidender Bestandteil bei der Herstellung von Bohrobjekten. In Anbetracht der hohen Wertigkeit von Diamanten ist es fast undenkbar, dass Diamanten auf Uranus und Neptun gar nicht selten sind, weil sie aus den Wolken regnen. Während ein solches Szenario wie ein Drehbuch aus einem Science-Fiction-Film klingt, haben Wissenschaftler bestätigt, dass Diamanten tatsächlich vom Himmel auf den beiden Planeten fallen. Ein kürzlich in der Nature Astrophysics veröffentlichter Bericht besagt, dass Forscher des SLAC National Accelerator Laboratory in der Lage waren, mikroskopische Diamanten aus einem Stück Plastik zu bilden, nachdem sie die extremen Bedingungen im Mantel der beiden Eisriesen wiedergefunden hatten.
Das Experiment
Während die seltsame (oder geniale) Natur des Weltraums seit vielen Jahren untersucht wird, polarisierte die Theorie des Regnens von Diamanten auf Neptun und Uranus unter Astrophysikern, wobei einige Wissenschaftler die Theorie diskreditieren. Die Befürworter der Theorie haben keine überzeugenden Fakten vorgelegt. Alle Experimente, die zur Unterstützung der Theorie durchgeführt wurden, führten nicht zu den erforderlichen Ergebnissen, da die Forscher die extremen Bedingungen in den Uranus- und Neptunumhüllungen, die für die Bildung von Diamanten notwendig waren, nicht reproduzieren konnten, wo die Temperaturen 5000 Kelvin erreichten, während der Druck überschritten wurde 700 Gigapascal. Das war bis vor kurzem, als Forscher des SLAC National Accelerator Laboratory die extremen Drücke und Temperaturen der Eisriesen mit einem leistungsstarken optischen Laser sowie einem Röntgen-Freie-Elektronen-Laser zum Senden von Röntgenpulsen nachahmen konnten bei ultraschnellen Geschwindigkeiten durch eine Form von Kunststoff, Polystyrol. Polystyrol ist ein Kohlenwasserstoff, der aus Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen besteht und eine Struktur hat, die der des Methangases in den riesigen Eisplaneten sehr ähnlich ist. Die Forscher waren begeistert, dass sich mikroskopisch kleine Diamanten bildeten, nachdem sie die erste und zweite Röntgenstoßwelle durch das Polystyrol geschickt hatten. Die Forscher verwendeten eine kohärente Linac-Lichtquelle, um ultraschnelle Röntgenpulse zu emittieren, die weniger als eine Nanosekunde dauern (sie halten eine Femtosekunde lang) und waren entscheidend bei der Aufzeichnung des Prozesses, der in einer ebenso kurzen Dauer abläuft. Die Studie wurde später in einer Ausgabe der Nature Astrophysics Zeitschrift veröffentlicht und schickte die Astrophysikerwelt in eine Raserei.
Bedingungen auf Uranus und Neptun
Uranus und Neptun wurden beide als Eisriesen und nicht als Gasriesen eingestuft, wie sie ursprünglich gedacht wurden. Die beiden Planeten sind die einzigen zwei Eisriesen im Sonnensystem und daher in Größe, Aussehen und Zusammensetzung ziemlich ähnlich. Uranus ist der drittgrößte Planet im Sonnensystem, während Neptun der viertgrößte Planet des Sonnensystems ist. Da sie hauptsächlich aus Gasen bestehen, gehören die beiden Planeten zu den am wenigsten dichten Planeten im Sonnensystem. Die zwei Planeten sind blau in der Erscheinung, mit Neptun, der einen dunkleren Blauton hat als Uranus. Die Atmosphären der beiden Planeten sind extrem dick; Verlängerung von 17.2-Meilen auf Uranus- und 12.2-Meilen auf Neptune, und beide sind in der Zusammensetzung ähnlich; bestehend aus Wasserstoff-, Methan- und Heliumgasen. Die Mäntel auf beiden Eisriesen bestehen aus Eis einschließlich Methan, Wasser und Ammoniak. Die Bedingungen auf den beiden Planeten liegen in den Extremen und erhöhen die Intensität näher an den Kernen. In Neptun wird angenommen, dass der atmosphärische Druck unter den unteren Wolken bis zu zehn Gigapascal beträgt und im Kern des Planeten auf etwa 700 Gigapascal ansteigt, wobei die Temperaturen so hoch wie 5,400 K sind.
Es wird geschätzt, dass der im Kern von Uranus herrschende Druck so hoch ist wie 800 Gigapascal, während die Temperaturen vermutlich genauso hoch sind wie 5,000 K. Wissenschaftler glauben, dass die Bedingungen auf dem Mantel der beiden Planeten ideal für den Abbau von Methan sind und Wasserstoffatome vom Kohlenstoff trennen Atome und schließlich die Bildung von Diamanten, die auf die Kerne der Planeten herabregnen.
Erste Studien
Die Existenz von Diamanten in den riesigen Eisplaneten des Sonnensystems wurde erstmals von Marvin Ross vorgeschlagen, einem renommierten Gelehrten, der in 1981 eine Arbeit mit dem Titel "Die Eisschicht in Uranus und Neptun - Diamanten am Himmel?" er stellte fest, dass das Innere der zwei Eisriesen aus immensen Mengen von Diamanten bestand. Marvin Ross argumentierte, dass der immense atmosphärische Druck im Inneren der Planeten, kombiniert mit extremen Temperaturen, Kohlenstoffatome aus Wasserstoffatomen freisetzt, was zur Bildung von Diamanten führt. Marvin begründete seine Argumentation mit einem Experiment, bei dem das Methangas in einem Stoßwellenkompressionsverfahren verwendet wurde. Andere anschließende Experimente, die von anderen renommierten Wissenschaftlern wie Sandro Scandolo durchgeführt wurden, bestätigten, dass Methangas unter hohem Druck in Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden kann, wobei der eingestellte Druck mindestens 300 Gigapascal beträgt. Wissenschaftler der University of California Berkeley, die eine Diamant-Ambosszelle verwendeten, konnten das Ergebnis bei Temperaturen von 2500-Kelvin und Drücken von 50-Gigapascal erreichen.
Diese extremen Temperaturen und der Druck entsprechen den Bedingungen unter den Wolken in Neptun. Wissenschaftler des Geophysikalischen Labors führten ein weiteres Experiment durch, bei dem sie die chemische Zusammensetzung von Methan bei Temperaturen von 2000-Kelvin und einem Druck von 7-Gigapascal destabilisieren konnten. Alle Experimente führten jedoch nicht zur Bildung von Diamanten, da die vorhandene Technologie die erreichten Druck- und Temperaturniveaus limitierte und die Wissenschaftler daran hinderte, die Bedingungen im Inneren der beiden Eisriesenplaneten wiederherzustellen. Einige Wissenschaftler waren jedoch skeptisch gegenüber der Theorie von Diamanten in Uranus und Neptun und behaupteten, dass die Anwesenheit von Wasserstoff und Wasser, die sich mit Methangas in den Atmosphären der Planeten vermischen, die chemischen Reaktionen gefährden würde. Andere gaben an, dass die Konzentration von Kohlenstoff in zwei Eisriesen nicht hoch genug war, um die Bildung von Diamanten zu ermöglichen, unabhängig von der Höhe des Drucks oder der Temperatur, die auf die Gase ausgeübt wurde.
