海王星天空會下「鑽石雨」 科學家找到原理

天王星、海王星這樣的冰巨星，其內部可能有一層鑽石活躍的區域，每顆重量數百公斤的鑽石，在核心生成、再落下。(圖/space.com)

鑽石是純碳在高壓環境下形成的，生成條件嚴苛，所以在地球上很罕見，然而在遙遠的天王星與海王星，卻會出現「鑽石雨」，只可惜我們永遠也取得不了。科學家最近以實驗的方式研究出鑽石雨的成因和原理。

太空網(Space.com)報導，我們太陽系的外圍，有4個大型的氣體行星，分別是木星、土星、天王星與海王星，這4位行星又分兩大類，木星與土星稱為「氣態巨行星」，更遙遠的天王星與海王星，由於陽光更微弱，環境極為寒冷，稱為「冰巨星」。科學家對於冰巨星的瞭解並不多，它們一直有許多是謎題。

有一個迷題特別迷人，就是「鑽石雨之謎」，這些鑽石的原料顯然是行星裡龐大的甲烷分子，甲烷是碳原子和氫原子合成的。但是科學家不理解，行星的化學反應是如何導致甲烷的碳與氫如何分離，各個碳原子又如何被黏在一起形成了鑽石晶體。

德國最大的科學家協會-亥姆霍茲聯合會 (Helmholtz‑Gemeinschaft Deutscher )的物理學家多明尼克‧ 克勞斯(Dominic Kraus)在新聞發布會上說：「我們成功實驗出冰巨星形成鑽石的可能原因，雖然在此之前，已有一些假說，但我們憑著實驗完成整個過程。」

克勞斯和他的團隊，向美國史丹佛大學的SLAC國家加速器實驗室(SLAC National Accelerator Laboratory)，進行他們的「冰巨星造鑽石」實驗。研究人員在實驗室裡，重現海王星核心的壓力，不過他們稍微便宜行事，並不是使用甲烷作材料，而是使用含碳量較高的苯乙烯（C 8 H 8），它是一種有機化工物質，可以做成一種塑型泡綿，俗稱「保麗龍」。

克勞斯和他的同事們苯乙烯施加熱量和壓力，然後再利用雷射來模擬衝擊波。當這些衝擊波相遇時，溫度飆升至4726度。（作為參考，地球的核心約為6000度），材料內部的壓力也急劇上升。

克勞斯說：「這相當於150萬大氣壓，相當250頭非洲象的重量壓在針尖上。」

科學家利用僅50飛秒(5億分之1秒)的X射線脈衝，對樣本進行其進行了分析，研究人員發現，苯乙烯在高壓環境下，會逼使氫原子脫離，然後碳原子被壓力所黏合，形成幾奈米（10億分之1公尺）的鑽石。

他們預測，如果海王星和天王星內發生類似的反應，鑽石可能會變得更大，甚至可能有數百萬克拉。（1克拉為0.2公克，數百萬克拉就是數百公斤）

但是不要期望這項發現，會導致鑽石礦工湧向天王星或海王星，克勞斯對表示：「在冰巨星當中形成的鑽石，是充滿雜質的球形鑽石。」

同時，這些鑽石會慢慢沉入冰巨星的核心當中，是這些行星的核心的一個厚厚的殼，由鑽石做成的殼。

克勞斯說：「有些模型預測，冰巨星核心周圍的溫度，可能會高到足以使鑽石融化，形成液態金屬碳，也許在這些碳海上，會出現浮動的鑽石冰山。這些推論是有根據的，因為有助於解釋天王星和海王星的異常磁場。但是，大多數模型表明，鑽石將在海王星和天王星的核心周圍保持固態。」

隨著這些鑽石以「下雨」的形式回落在更深層的核心裡，預計它們會產生熱量，就像流星在地球大氣層中墜落時燃燒一樣。這種高溫可能有助於解釋海王星為何比預期的更熱。

雖然我們無法開採那些鑽石，但是研究人員補充說，這個發現也許也有用途。克勞斯，微觀納米級鑽石，可以有一天用於醫學和電子等商業用途。

同時，為了製造鑽石所研發的超強雷射光，也能利用在核融合的研發，這是比鑽石更有價值的終極能源。