نجوم

بارش باران الماس در نپتون و اورانوس از واقعیت تا فرضیه و آزمایش

غول های یخی نپتون و اورانوس-غول های یخی-تولید الماس-باران الماس-بارش باران الماس در نپتون و اورانوس از واقعیت تا فرضیه و آزمایش
نوشته شده توسط Majid

در اعماق قلب های نپتون و اورانوس می تواند باران الماس ببارد. اکنون دانشمندان شواهد تجربی جدیدی را ارائه داده اند که نشان می دهد چگونه این امکان وجود دارد.جو  غول های یخی نپتون و اورانوس در درجه اول از هیدروژن و هلیوم  و مقدار کمی متان نیز تشکیل شده است. در زیر این لایه های جوی، یک مایع فوق چگال و غلیظ از مواد یخی مانند آب، متان و آمونیاک میباشند به دور هسته سیاره می چرخند.

گرما و فشار شدید هزاران کیلومتر در زیر سطح این غول های یخ باید ترکیبات هیدروکربن را از هم جدا کند، که این جداسازی منجر به تشکیل الماس و پرتاب آن  به سمت هسته سیاره میشود.غول های یخی نپتون و اورانوس را در نظر بگیرید، جایی که تصور می شود فشارهای شدید و درجه حرارت فوق العاده گرم باعث ایجاد آبشارهای الماس می شوند. اکنون، محققان این آزمایش را بروی کره زمین شبیه سازی نموده اند .محققان با استفاده از لیزرهای نوری پرقدرت , سریع پلی استایرن برای گرم کردن،توانستند این باران الماس را در آزمایشگاه تولید و مورد بررسی قرار دهند.، نتیجه ای که می تواند به ما در درک بیشتر شرایط  در مورد سایر سیارات مانند نپتون و اورانوس کمک کند.

بارش باران الماس در نپتون و اورانوس از واقعیت تا فرضیه و آزمایشپیش از این تحقیق دانشمندان فکر می کردند که بر اثر فشارهای شدید هیدروژن و کربن موجود در این سیاره ها  منجر به تشکیل الماس میشود.محاسبات و آزمایش های مربوط به ده ها سال نشان داده اند که با فشار و دمای کافی، می توان متان را به باران الماس تبدیل کرد که نشان می دهد الماس می تواند در این ماده داغ و متراکم تشکیل شود و به این ترتیب در اعماق نپتون و اورانوس، باران الماس می بارد – به همین دلیل اخترشناسان و فیزیکدانان نزدیک به ۴۰ سال است که اینر فرضیه را دنبال کرده وآزمایشات مربوطه را درخصوص تولید باران الماس انجام داده اند.. سیارات بیرونی منظومه شمسی ما به دلیل این شرایط سخت به راحتی قابل بررسی نمیباشد. تنها یک مأموریت فضایی، Voyager 2، برای کشف برخی از اسرار آنها پرواز کرده است، بنابراین باران الماس تنها یک فرضیه باقی مانده است.

هیچ پلی استایرن در این سیارات وجود ندارد، اما این ماده شیمیایی مناسب برای ترکیبات تشکیل شده از متان است که به وفور در نپتون و اورانوس یافت می شود.برای بازآفرینی این اثر، دانشمندان در آزمایشگاه دو موج شوک را در پلاستیک پلی استایرن ایجاد کردند و از ابزار Matter in Extreme Conditions  و شتاب دهنده SLAC برای تولید گرمای عظیم استفاده کردند.

هنگامی که دو موج با ایجاد شوک با یکدیگر برخود میکنند،دمای حدود ۵۰۰۰ کیلوین (۴،۷۲۷ درجه سانتیگراد یا ۸،۵۴۰ درجه فارنهایت) و فشارهایی در حدود ۱۵۰ GPa (تقریبا نیمی از فشار در درون هسته زمین) ایجاد کرد – مشابه شرایطی که تصور می شود در نپتون و اورانوس وجود داشته باشد. سرانجام، محققان امیدوارند که مطالعه آنها به تولید باران الماس در شرایط آزمایشگاهی و بروی زمین منجرشود.در صورت توسعه و تحقیق، الماسهای مصنوعی که اکنون از طریق مواد منفجره ایجاد می شوند می توانند با لیزرها کارایی بیشتری داشته باشند.

در حال حاضر  علم می تواند به ما در درک سیارات چند میلیارد کیلومتری از ما کمک کند، ما نمی توانیم داخل هسته سیارات برویم و نحوه تشکیل این بلورها را مورد بررسی قرار دهیم، بنابراین انجام این آزمایشات محدود به  آزمایش در شرایط آزمایشگاهی در زمین انجام میگیرد.

عدم موفقیت ما در مطالعه اورانوس و نپتون در داخل و خارج از جو زمین به منظور تولید الماس و نحوه تشکیل بلورهای درون هسته این سیارات در هاله ای از ابهام قرار دارد. این درک ما از منظومه شمسی و کهکشان ها را محدود می کند، زیرا سیارات با این اندازه در کهکشان راه شیری بسیار بوده وبه وفور یافت میشود. تعداد سیارات مشابه به اورانوس و نپتون که در این کهکشان یافت شده است تقریباً ۹ برابر بیشتر از تعداد سیارات بسیار بزرگتر مشابه با مشتری و زحل است.

بارش باران الماس در نپتون و اورانوس از واقعیت تا فرضیه و آزمایش

اگرچه ما با استفاده از فضاپیماها و تلسکوپ های زمینی موفق شده ایم که بتوانیم درباره اورانوس و نپتون اطلاعاتی کسب کنیم، اما پیشرفت در شبیه سازی های آزمایشگاهی باعث می شود بینش های جدید و چشمگیری در مورد آنچه در فضای داخلی آنها اتفاق می افتد،بدست آوریم از جمله آنچه که باعث باران الماس می شود. اکتشافاتی مانند اینها پیچیدگی فرآیندهای شیمیای در تکامل این سیارات را نشان می دهد. شبیه سازی های ما سرنخ هایی را به ماهیت درونی جهان های بسیار فراتر از کهکشان راه شیری می دهد.

نپتون و اورانوس”غول های یخی” منظومه شمسی ما نامیده می شوند زیرا دو لایه بیرونی آنها از ترکیباتی تشکیل شده است که شامل هیدروژن و هلیوم است. در زبان عامیانه شناسی، یخ به همه ترکیبات عناصر سبک حاوی هیدروژن گفته می شود، بنابراین آب سیارات (H2O)، آمونیاک (NH3) و متان (CH4) آنها را “یخی” می کند. رنگ مایل به آبی هر دو سیاره نتیجه ردیابی متان در جو آنهاست.تحت چنین گرما و فشارها، آمونیاک و متان از نظر شیمیایی واکنش پذیر هستند. دانشمندان فرآیندهای عجیب و غریب – از جمله تشکیل الماس – از جمله ترکیبات در اعماق لایه های یخ را مدل کرده اند. آزمایشگاه ملی مروین راس از لارنس لیورورور اولین بار در مقاله ۱۹۸۱ در طبیعت با عنوان “لایه یخی اورانوس و نپتون – الماس در آسمان؟” ایده باران الماس را معرفی کرد. وی اظهار داشت که اتم های کربن و هیدروژن هیدروکربن هایی مانند متان در سطح بالایی مجزا هستند

الماس از متان، آمونیاک و آب باقی مانده در لایه یخ متراکم تر است، بنابراین کریستال کربن شروع به غرق شدن به سمت هسته سیاره می کند. با لمس سایر اتم های کربن جدا شده یا الماس ها، لایه های جدید جمع می شوند و به بلوک های الماس مجزا اجازه می دهند تا به قطر چندین متر برسند، در نتیجه، یک لایه ضخیم از کربن در هسته های سنگی اورانوس و نپتون بوجود آمده و به سمت هسته پرتاب میشوند. این لایه کربن ممکن است از بلوک های الماس جامد تشکیل شود.

گرچه این ایده مطمئناً جذاب بود، اما در آن زمان عمدتاً فرضی بود و باید با مشاهدات تأیید شود. طراحی و ساختن یک کاوشگر که می تواند در اعماق نپتون یا اورانوس نفوذ کند و به طور مستقیم شکل گیری الماس را مشاهده کند، با هر فناوری قابل تصور غیرممکن است. در عوض دانشمندان سعی کرده اند که شرایط شدید فضای داخلی سیاره را در آزمایشگاه های خود بازآفرینی کنند. حتی این هدف محدود و در حد آزمایشگاهی بسیار چالش برانگیز است.

این قطعه نپتون لایه های مختلف را نشان می دهد، از جمله یکی از آنها که ممکن است الماس تشکیل شود. که الماس ها در لایه ای دقیقاً بالاتر از هسته سیاره جمع شوند.

در چنین آزمایشاتی،اگر تمام پارامترها و محاسبات بصورت دقیق انجام گرفته باشد لیزر با انرژی پالس بالا بر روی نقطه ای به قطر ۲۰۰ میکرومتر متمرکز شده است که یک لایه سطحی نازک از یک نمونه پلاستیکی را به ضخامت ۸۰ میکرومتر دارد، گرم می کند. سطح آن فوراً به پلاسمای بسیار گرم تبدیل می شود و دمای آن چند میلیون کلوین است. این بخار پلاسما به سرعت گسترش می یابد. در نتیجه، یک فشار بسیار شدید، مواد پلاستیکی باقیمانده را فشار می دهد و امواج فشرده سازی قوی را به داخل نمونه منتقل می کند.

شناخت فرایندهای داخلی غول های یخی سرنخ هایی را در مورد بررسی ویژگی های این سیارات می دهد. به عنوان مثال، بارش الماس انرژی گرانشی را آزاد می کند، که با اصطکاک بین الماس و مواد اطراف آن هنگام فرود، به گرما تبدیل می شود. این اثر می تواند توضیح دهد که چرا نپتون از انرژی بیشتری که از خورشید دریافت می کند، بیشتر انرژی مصرف میکند.

تشکیل الماس همچنین ممکن است توضیح دهد که چرا میدان های مغناطیسی سیارات غول یخی بسیار عجیب و غریب هستند. برخلاف میدان مغناطیسی زمین، میدان های اطراف اورانوس و نپتون متقارن نیستند و از هر قطب گسترش نمی یابد. این خصوصیات نشان می دهد که تشکیل این غول های یخی احتمالاً در هسته نیستند بلکه در یک لایه نازک و نسبی نظیر موادی مانند هیدروژن و فلز تشکیل شده اند که محصول ساخت الماس است.این فرآیندهای عجیب و غریب در داخل سیارات دیگر نیز ممکن است.

محققان به بررسی این پدیده ها در آزمایشگاه خواهند پرداخت، اما یک مأموریت جدید با پرتاپ کاوشگر فضایی به نپتون یا اورانوس (یا هر دو) می تواند اطلاعات زیادی در مورد فرآیندهای داخلی سیارات و چگونگی شکل گیری چنین سیارات در منظومه شمسی ما و دیگر منظومه ها بیفزاید. ناسا در حال حاضر در حال بررسی چنین مأموریتی است. در سال ۲۰۳۰ با ارسال اولین فضاپیما به سیارات دیگر منظومه شمسی مورد بررسی بهتر و دقیق تر قرار خواهد گرفت و امیدوار هستند تا سال ۲۰۴۰ به اورانوس یا نپتون برسند.

درباره نویسنده

Majid

دیدگاهتان را بنویسید