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钻石从天而降

是天王星下钻石雨吗？

伯克利-- 1999年10月1日--如果在伯克利的加利福尼亚大学的实验有任何迹象的话，未来太阳系的探索者很可能会发现钻石穿过海王星和天王星的大气层降落下来。

这些行星含有高比例的甲烷，加州大学伯克利分校的研究人员现在已经证明，在这些行星内部的高温高压下，甲烷可以变成钻石。

加州大学伯克利分校物理学研究生劳拉·罗宾·贝内代蒂说:“一旦这些钻石形成，它们就会像雨滴或冰雹一样向行星中心坠落。”

由Benedetti和地质学和地球物理学教授Raymond Jeanloz领导的团队在钻石砧座内创造了这些条件，将液态甲烷挤压到几十万倍大气压。当他们将激光束聚焦在加压液体上，将其加热到大约5000华氏度时，钻石粉末出现了。

他们在10月1日出版的《科学》杂志的一篇论文中报告了他们的实验发现。

甲烷可以在像海王星这样的巨行星内部转化为钻石和其他复杂的碳氢化合物的证明暗示了气态行星甚至褐矮星内部的复杂化学。棕矮星是小而暗淡的恒星，仅比最大的气态巨行星大一点。

“这为研究行星和褐矮星内部发生的有趣化学反应打开了大门，”Jeanloz说。“现在技术能够重现那里的高压和高温，我们正在获得在这些条件下发生的化学反应的更高质量的信息。”

“行星内部发生这样的化学反应并不令人惊讶，只是大多数人没有处理过可能发生的化学反应，”Benedetti说。"这些行星的内部可能比我们现在看到的要复杂得多."

例如，一个简单的计算表明，沉降到行星核心的钻石释放的能量可以解释海王星辐射的多余热量，即海王星释放的热量超过它从太阳接收的热量。

“让我们兴奋的是这种高压化学在了解外行星方面的应用，”Jeanloz说。

“随着更多的行星在其他恒星周围意想不到的轨道上被发现，内部化学过程的影响将需要进一步澄清，以获得对行星形成和演化的总体理解，”作者在《科学》论文中总结道。

我们太阳系的其他气态巨行星-木星和土星-也可能含有在这种条件下产生的钻石，尽管它们含有的甲烷比海王星和天王星少。根据理论计算，海王星和天王星在氢和氦的外层大气下，估计含有大约10%到15%的甲烷。(海王星的推测内部结构见图示。

几个研究小组已经提出，这些行星中的甲烷可以在相当浅的深度，大约到中心十分之一的地方变成钻石。大约二十年前，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的一个小组电击了一些甲烷，并报告了在物质蒸发之前钻石的形成。该小组由退休科学家马文·罗斯和研究员威廉·内利斯和弗朗西斯·里德领导。

最近，意大利的一些理论家也得出结论，钻石可能是。

Benedetti和Jeanloz决定尝试这个显而易见的实验——挤压液态甲烷，看看他们是否能制造钻石粉末。

用液氮冷却的液态甲烷被放在金刚石砧座中，并被挤压到100亿至500亿帕斯卡(千兆帕斯卡)，即大约100，000 - 500，000倍大气压。然后，研究人员用红外激光将压缩的甲烷加热到大约2000到3000开尔文(3600-5400华氏度)。

“看起来真的很酷，”Benedetti说。“当你打开激光时，甲烷会因为产生的钻石而变黑。黑色的钻石斑点漂浮在被激光熔化的透明碳氢化合物液体中。”

拉曼光谱证实了悬浮微粒的身份，随后的X射线晶体学分析也证实了这一点。这些斑点是夹杂着碳氢化合物的钻石。

Jeanloz说，高温将甲烷分解成碳和氢，而高压将碳凝结成钻石。其他类型的碳氢化合物——双键和三键碳——也产生了，显然是在激光照射之外的较冷区域。

Jeanloz和他的团队计划下一步观察这些行星的其他成分氨和水在高温高压下会发生什么。
与Benedetti和Jeanloz合著这篇论文的是博士后研究员Jeffrey H. Nguyen，他现在是劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家；地质学研究生温德尔·a·考德威尔，中国访问学者刘宏建和前研究生迈克尔·克鲁格，他现在堪萨斯城密苏里大学物理系。