أنتج علماء أدلة تجريبية جديدة تظهر كيف يمكن لأعماق نبتون وأورانوس أن تمطر ماسا. وتقول الفرضية إن الحرارة والضغط المكثفان على بعد آلاف الكيلومترات تحت سطح عمالقة الجليد هذه، ينبغي أن يفككا مركبات الهيدروكربونات، مع انضغاط الكربون إلى الماس والغرق أعمق نحو النوى الكوكبية.
واستخدمت التجربة الجديدة ليزر الأشعة السينية من مصدر الضوء المتماسك (LCLS) الخاص بالمختبر الوطني SLAC، لإجراء القياسات الأكثر دقة حتى الآن، لكيفية حدوث عملية "المطر الماسي" - ووجدت أن الكربون ينتقل مباشرة إلى الماس البلوري.
وأوضح فيزيائي البلازما مايك دون، مدير LCLS، ولم يُدرج كمعد ضمن الورقة البحثية: "هذا البحث يوفر بيانات عن ظاهرة يصعب جدا تصميمها حسابيا: عدم قابلية عنصرين، أو كيف يتحدان عند الاختلاط. هنا يرون كيف ينفصل عنصران، مثل جعل المايونيز ينفصل إلى زيت وخل".
ويعد نبتون وأورانوس أكثر الكواكب غير المفهومة في المجموعة الشمسية. إنها بعيدة للغاية - فمسبار فضائي واحد فقط، Voyager 2، كان قريبا منها، ولرحلة طيران فقط، وليس مهمة مخصصة طويلة الأجل.
ولكن عمالقة الجليد شائعة للغاية في مجرة درب التبانة الأوسع - وفقا لوكالة ناسا، فإن الكواكب الخارجية الشبيهة بنبتون أكثر انتشارا بعشر مرات من الكواكب الخارجية الشبيهة بالمشتري.
وبالتالي، فإن فهم عمالقة الجليد في نظامنا الشمسي أمر حيوي لفهم الكواكب في جميع أنحاء المجرة. ولفهمها بشكل أفضل، نحتاج إلى معرفة ما يحدث أسفل الأجزاء الخارجية الزرقاء الهادئة. ونحن نعلم أن أجواء نبتون وأورانوس تتكون أساسا من الهيدروجين والهيليوم، مع كمية صغيرة من الميثان. وأسفل هذه الطبقات الجوية، يلتف سائل فائق الكثافة من المواد "الجليدية" مثل الماء والميثان والأمونيا، حول نواة الكوكب.
وأظهرت الحسابات والتجارب التي يعود تاريخها لعقود مضت أنه، مع الضغط ودرجة الحرارة الكافيين، يمكن تقسيم الميثان إلى الماس، ما يشير إلى أن الماس يمكن أن يتشكل داخل هذه المادة الساخنة الكثيفة.
واستخدمت تجربة سابقة في SLAC بقيادة الفيزيائي Dominik Kraus في Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf في ألمانيا، الأشعة السينية لإثبات ذلك.
وكشف فريق البحث أن النتائج تكشف معلومات نموذجية مهمة، حيث لم يكن هناك في السابق سوى قدر كبير من عدم اليقين. وسيصبح هذا أكثر ملاءمة من أي وقت مضى كلما اكتشفنا المزيد من الكواكب الخارجية.
واستخدم الفريق البوليستيرين الهيدروكربوني (C8H8) بدلا من الميثان (CH4).
وتتمثل الخطوة الأولى في تسخين المواد والضغط عليها لتكرار الظروف داخل نبتون على عمق نحو 10000 كم: تولد نبضات الليزر البصري موجات صدمة في البوليستيرين، والتي تسخن المادة حتى زهاء 5000 كلفن (4727 درجة مئوية).
وفي التجربة السابقة، تم استخدام الأشعة السينية لاستكشاف المادة. ويعمل هذا جيدا مع المواد ذات الهياكل البلورية، ولكن بشكل أقل مع الجزيئات غير البلورية، لذلك كانت الصورة غير مكتملة. وفي التجربة الجديدة، استخدم الفريق طريقة مختلفة، لقياس مدى تشتت الأشعة السينية للإلكترونات في البوليسترين.
وهذا لم يسمح لهم فقط بمراقبة تحويل الكربون إلى الماس، ولكن أيضا ما يحدث لبقية العينة.
وفي حالة عمالقة الجليد، نعلم الآن أن الكربون يشكل بشكل شبه حصري الماس، عندما ينفصل ولا يتخذ شكلا انتقاليا سائلا. وهذا مهم، لأن هناك شيئا غريبا حقا بشأن نبتون. إن الجزء الداخلي له أكثر سخونة مما يجب أن يكون؛ في الواقع، يعطي طاقة أكثر 2.6 مرة مما يمتص من الشمس.
وإذا كان الماس - أكثر كثافة من المواد المحيطة - يمطر إلى داخل الكوكب، فقد يطلق طاقة الجاذبية، والتي يتم تحويلها إلى حرارة ناتجة عن الاحتكاك بين الماس والمواد المحيطة به.
