Если человек когда-нибудь доберётся до крупнейших планет Солнечной системы - Юпитера и Сатурна, то собственными глазами сможет увидеть “небо в алмазах”.
Согласно последним исследованиям планетологов, на газовых гигантах идут алмазные дожди.
Исследователи инопланетных миров давно задаются вопросом: может ли высокое давление внутри гигантских планет превращать углерод в алмазы? Планетологи Мона Делитски (Mona Delitsky) из калифорнийской компании Specialty Engineering и Кевин Бейнс (Kevin Baines) из университета Висконсина в Мэдисоне подтвердили давние предположения своих коллег.
Согласно модели, построенной по наблюдениям астрофизиков, когда разряд молнии появляется в верхних слоях атмосферы газовых гигантов и затрагивает молекулы метана, то высвобождаются атомы углерода. Эти атомы в большом количестве соединяются друг с другом, после чего начинают длительное путешествие к каменному ядру планеты. Эти "сборища" атомов углерода представляют собой довольно массивные частицы, то есть по сути представляют собой сажу. Вероятнее всего, именно их увидел аппарат "Кассини" в составе тёмных туч Сатурна.
Частицы сажи медленно спускаются к центру планеты, минуя последовательно все слои её атмосферы. Чем дальше они проходят сквозь слои газообразного и жидкого водорода к ядру, тем большее давление и нагрев испытывают. Постепенно сажа сжимается до состояния графита, а затем преобразуется в ультраплотные алмазы. Но на этом испытания не заканчиваются, инопланетные драгоценные камни нагреваются до температуры 8 тысяч градусов по Цельсию (то есть достигают температуры плавления) и падают на поверхность ядра в виде жидких алмазных капель.
"Внутри Сатурна наблюдаются подходящие условия для града из алмазов. Наиболее благоприятная зона находится на отрезке, начиная с глубины в шесть тысяч километров и заканчивая глубиной в 30 тысяч километров. По нашим расчётам Сатурн может содержать до 10 миллионов тонн этих драгоценных камней, при этом большинство из них не более миллиметра в диаметре, но есть и образцы диаметром около 10 сантиметров", — говорит Бейнс.
В связи с новым открытием планетологи предложили интересную идею: на Сатурн можно отправить робота, который будет собирать капли "драгоценного" дождя. Интересно, что это исследование является своеобразным повторение сюжета научно-фантастической книги "Инопланетные моря" (Alien Seas), согласно которому в 2469 году на Сатурне будут собирать алмазы для строительства корпуса добывающего судна, которое отправится к ядру планеты и будет собирать гелий-3, необходимый для создания термоядерного топлива.
Мысль заманчивая, но учёные предупреждают: алмазы стоит оставить на Сатурне, чтобы предотвратить финансовый хаос на Земле.
Делитски и Бейнс заключили, что алмазы будут оставаться стабильными внутри гигантских планет. К такому выводу они пришли в результате сравнительного анализа последних астрофизических исследований. Эти работы экспериментально подтвердили конкретные температуры и уровень давления, при которых углерод принимает различные аллотропные модификации, такие как твёрдый алмаз. Для этого учёные моделировали условия (прежде всего температуру и давление) в разных слоях атмосфер гигантских планет.
"Мы собрали результаты нескольких исследований и пришли к выводу, что алмазы действительно могут падать с небес Юпитера и Сатурна", — утверждает Делитски.
Необходимо учитывать, что до тех пор, пока некое открытие не подтвердится результатами наблюдений или экспериментов, оно так и останется на уровне гипотезы. Пока модели формирования алмазных капель на газовых гигантах ничто не противоречит. Однако коллеги Бейнса и Делитски высказали свои сомнения о правдоподобности описанной ныне модели.
Так, Дэвид Стивенсон (David Stevenson), планетолог из Калифорнийского технологического института, утверждает, что Бейнс и Делитски неверно использовали в своих расчётах законы термодинамики.
"Метан составляет очень малую долю водородной атмосферы Юпитера и Сатурна — 0,2% и 0,5% соответственно. Думаю, там происходит процесс, похожий на растворение в воде соли и сахара при высоких температурах. Даже если бы вы напрямую создали углеродную пыль и поместили её в верхние слои атмосферы Сатурна, то она бы попросту растворилась во всех этих слоях, стремительно опускаясь к ядру планеты", — утверждает Стивенсон, не принимавший участия в исследовании.
Похожей работой занимался несколько лет назад физик Лука Гирингелли (Luca Ghiringhelli) из Института имени Фрица Габера. К выводам Бейнса и Делитски он также отнёсся скептически. В своей работе он исследовал Нептун и Уран, которые намного богаче углеродом, чем Сатурн и Юпитер, но даже их углерода недостаточно для формирования кристаллов атом за атомом.
Коллеги Бейнса и Делитски советуют им продолжить своё исследование, дополнив модель большим количеством реальных данных и результатами наблюдений.
Доклад об открытии Делитски и Бейнса (PDF-документ) прозвучал на заседании Отделения Американского астрономического общества в области планетарных наук (AAS Division for Planetary Sciences), которое проходит в Денвере с 6 по 11 октября 2015 года.
По новым атмосферным данным газовых гигантов, углерод в своей кристаллической форме - не редкость на этих планетах. Более того, Юпитер и Сатурн содержат большие объемы этого вещества.
Разряды молний превращают метан в углерод, который во время падения твердеет, превращаясь через 1 600 км в глыбы графита (наподобие того, что мы используем в карандашах), а спустя еще 6 000 км эти глыбы становятся алмазами. Последние продолжают падать еще в течение 30 000 км.
В конце концов, алмазы достигают такой глубины, что высокие температуры горячих ядер планет просто плавят их и, возможно (хотя это пока нельзя утверждать) создается море жидкого углерода, сообщили на конференции ученые.
Самые большие алмазы имеют диаметр примерно 1 см, сообщил Доктор Кевин Бэйнс (Dr Kevin Baines) из Висконсинского университета в Мадисоне (University of Wisconsin-Madison) и Лаборатория Реактивного Движения НАСА (Nasa"s Jet Propulsion Laboratory).
За 1 год на Сатурне создаются более 1 000 тонн алмазов.
Вместе со своим соавтором Моной Делинцки (Mona Delitsky) Бэйнс обнародовал пока еще не опубликованную находку на ежегодном собрании Отделения Американского астрономического общества в области планетарных наук в Денвере, штат Колорадо.
Юпитер и Сатурн
Бэенс
и Делинцки
проанализировали последние прогнозы по температуре и
давлению внутри Юпитера и Сатурна, а также новую информацию о поведении
углерода в разных условиях. 
Они пришли к выводу, что кристаллы алмаза падают особенно много на Сатурне, где в итоге плавятся из-за высокой температуры ядра.
На Юпитере и Сатурне алмазы не вечны, чего нельзя сказать об Уране и Нептуне, у которых довольно низкие температуры ядер.
Данные еще будут проверены, но пока сторонние специалисты по изучению планет говорят о том, что нельзя исключать возможность алмазного дождя.
Уран и Нептун
Нептун и Уран могут стать самыми желанными пунктами назначения для мечтающих побывать на других планетах, и не только из научного интереса, но и чисто меркантильного. Именно на этих планетах находятся океаны жидкого алмаза, на которых, как айсберги, плавают острова твердых алмазов. Статья, утверждающая, что это возможно, была опубликована недавно в журнале "Естественная физика".
Недавнее исследование, в результате которого нашли точку плавления алмаза, показало, что он обладает теми же свойствами при плавлении и замерзании, что и вода: затвердевшая часть плавает по поверхности. Это открытие дало новое представление об отдаленных планетах Солнечной системы.
"Алмазы относительно часто встречаются на Земле, но никто не смог измерить их точку плавления. Для этого недостаточно просто повысить температуру, нужно еще увеличить давление. Именно поэтому сложно измерить температуру", – говорит доктор Эггерт. Алмазы плавили и раньше, но не смогли измерить температуру и давление.
Алмаз – очень твердый материал, и именно поэтому его сложно плавить. Но есть еще одна характеристика, которая затрудняет определение точки плавления: он меняется, будучи подверженным высоким температурам, и превращается в графит. И именно графит, а не сам алмаз, плавится до жидкого состояния. Задачей ученых было нагреть алмаз, и в то же время предотвратить его превращение в графит.
Планеты-гиганты Нептун и Уран – некоторые их мест, на которых можно встретить необходимое сочетание ультравысокого давления и ультравысокой температуры. Эггерт и его коллеги воздействовали лазерами при ультравысоком давлении на алмаз весом 0, 1 карат и толщиной 0,5 мм. Ученые превратили алмаз в жидкость при давлении в 40 миллионов раз больше испытываемым человеком, находящемся на уровне моря, а затем медленно уменьшили температуру и давление.
Когда давление упало до давления, в 11 миллионов раз больше атмосферного давления на уровне моря на Земле, а температура снизилась до 50000 градусов, начали появляться затвердевшие куски алмазов. При уменьшении давления, но при той же температуре, появлялось все больше твердых алмазов. А после этого алмазы повели себя неожиданно: затвердевшие куски не тонули, а плавали по поверхности: алмазные айсберги в алмазном море. Вода проявляет такие же свойства.
По словам Эггерта, влиянием алмазных океанов можно объяснить направление магнитных полей планеты. То есть, магнитные полюса Земли совпадают с географическими полюсами, а на Уране и Нептуне наблюдается отклонение до 60 градусов. Если бы у Земли было подобное отклонение, то северный магнитный полюс находился бы в Техасе, а не на канадском острове. Считается, что Уран и Нептун примерно на 10 процентов состоят из углерода. Океан жидкого алмаза, расположенный в определенном месте, может повлиять на отклонение магнитного поля этих планет.
По словам ученого из Принстонского университета Тома Даффи, идея о существовании алмазных океанов на этих планетах далеко не нова, а эта статья делает такую вероятность более возможной. Но перед тем, как сделать окончательные выводы, нужно изучить состав Нептуна и Урана, а проводить такие исследования нелегко.
Где находят алмазы на Земле
Алмазы, так же как и другие драгоценные камни находят в тех частях
Земли, где для их образования существуют необходимые условия.
Месторождение алмазов нуждается в присутствии определенных веществ и явлений, включая углерод, температуру, давление и большое количество времени.
Ученые из Бристольского университета в Великобритании и Института Карнеги в США обнаружили, что в формировании алмазов участвует весь Земной шар, кроме ядра.
В месторождении Жуна-5, которое находится в Бразилии, в 2010 году были найдены кристаллы, которые, вероятно образовались на глубине около 400-660 километров.
За последние несколько лет ученые находили так называемые "ультраглубокие" алмазы, и места, где обнаруживали такие алмазы, были сосредоточены в разных частях света.
Стоит отметить, что до сих пор неизвестно, откуда алмазы появляются на нашей планете, и это несмотря на то, что алмаз - это один из самых востребованных минералов на нашей планете.
Существует несколько гипотез, которые пытаются объяснить появление алмазов на Земле. Уже известно, что некоторые алмазы появились на нашей планете благодаря метеоритам (либо она сами принесли, либо способствовали появлению).
Но самая распространенная версия гласит, что львиная доля всех алмазов, все же, имеют земное происхождение - они формируются из углерода, находящегося в верхней части мантии.
Представьте себе дождь из алмазов. Звучит сказочно, правда? Будто эпизод из диснеевского мультфильма. Правда, в реальности алмазные камешки больно били бы по голове, да и места, где такие дожди происходят, довольно далеки от Земли. Например, Нептун или Уран. А если вы узнаете об условиях, в которых с неба начинают падать алмазы, то для отпуска выберете место поближе и поспокойнее.
От теории к практике
При воздействии высокого давления (и температур) на других планетах даже знакомые вещества могут вести себя очень непривычно для нас. Например, на так называемых «ледяных гигантах», как Нептун и Уран, постоянно идут самые настоящие алмазные дожди. Ученые давно теоретически рассчитали такую возможность, предполагая, что эти планеты окружены густой атмосферой и содержат относительно маленькие раскаленные ядра, покрытые мантией из горячей воды под давлением, аммиака и метановых льдов. А недавно смогли смоделировать эти условия в лаборатории.
Дело в том, что, несмотря на название «ледяные гиганты», эти планеты на самом деле очень горячие. Конечно, в верхних слоях атмосферы температура очень низкая из-за отдаленности Солнца, но чем ближе к ядру, тем под воздействием давления становится все горячее. Именно такие перепады температуры и давления приводят к тому, что выделяются водород и углерод, образующие алмазные дожди примерно на 8000 км ниже внешней поверхности атмосферы.
Небо в алмазах
Чтобы смоделировать в лаборатории условия «ледяных гигантов», ученым пришлось добиться очень высоких температур и огромных давлений. Для этого они воспользовались лазером и пластиком из водорода и углерода, который был «дублером» метановых соединений на Нептуне и Уране. В результате эксперимента, который из-за сложности модели длился доли секунды, действительно удалось получить крошечные драгоценные камни.
Но на «ледяных гигантах» при более стабильных условиях с неба падают гораздо более крупные камни, образуя целые мощные «алмазные ливни». Алмазы размером в миллионы карат медленно погружаются сквозь мантию к ядру, образуя ближе к центру планеты толстый алмазный слой. То есть сами планеты оказываются огромной оправой для драгоценных камней.
Атмосферные слои у «ледяных гигантов» такие толстые, что даже лучшие исследовательские зонды пока не могут точно показать, что же происходит на этих загадочных планетах. Одно можно сказать точно: хотите «неба в алмазах», ждите, когда до Нептуна и Урана начнут пускать регулярные рейсы.
Согласно подсчетам американских ученых на Сатурне и Юпитере могут идти градом огромные алмазы. По новым атмосферным данным газовых гигантов, углерод в своей кристаллической форме - не редкость на этих планетах. Более того, Юпитер и Сатурн содержат большие объемы этого вещества. Разряды молний превращают метан в углерод, который во время падения твердеет, превращаясь через 1 600 км в глыбы графита (наподобие того, что мы используем в карандашах), а спустя еще 6 000 км эти глыбы становятся алмазами. Последние продолжают падать еще в течение 30 000 км.
В конце концов, алмазы достигают такой глубины, что высокие температуры горячих ядер планет просто плавят их и, возможно (хотя это пока нельзя утверждать) создается море жидкого углерода, сообщили на конференции ученые.
Самые большие алмазы имеют диаметр примерно 1 см, сообщил Доктор Кевин Бэйнс (Dr Kevin Baines) из Висконсинского университета в Мадисоне (University of Wisconsin-Madison) и Лаборатория Реактивного Движения НАСА (Nasa"s Jet Propulsion Laboratory).
За 1 год на Сатурне создаются более 1 000 тон алмазов.
Вместе со своим соавтором Моной Делинцки (Mona Delitsky) Бэйнс обнародовал пока еще не опубликованную находку на ежегодном собрании Отделения Американского астрономического общества в области планетарных наук в Денвере, штат Колорадо.
Юпитер и Сатурн
Бэенс и Делинцки проанализировали последние прогнозы по температуре и давлению внутри Юпитера и Сатурна, а также новую информацию о поведении углерода в разных условиях.
Они пришли к выводу, что кристаллы алмаза падают особенно много на Сатурне, где в итоге плавятся из-за высокой температуры ядра. На Юпитере и Сатурне алмазы не вечны, чего нельзя сказать об Уране и Нептуне, у которых довольно низкие температуры ядер. Данные еще будут проверены, но пока сторонние специалисты по изучению планет говорят о том, что нельзя исключать возможность алмазного дождя.
Где находят алмазы на Земле
Алмазы, так же как и другие драгоценные камни находят в тех частях Земли, где для их образования существуют необходимые условия.
Месторождение алмазов нуждается в присутствии определенных веществ и явлений, включая углерод, температуру, давление и большое количество времени. Ученые из Бристольского университета в Великобритании и Института Карнеги в США обнаружили, что в формировании алмазов участвует весь Земной шар, кроме ядра.
В месторождении Жуна-5, которое находится в Бразилии, в 2010 году были найдены кристаллы, которые, вероятно образовались на глубине около 400-660 километров. За последние несколько лет ученые находили так называемые "ультраглубокие" алмазы, и места, где обнаруживали такие алмазы, были сосредоточены в разных частях света.
Стоит отметить, что до сих пор неизвестно, откуда алмазы появляются на нашей планете, и это несмотря на то, что алмаз - это один из самых востребованных минералов на нашей планете. Существует несколько гипотез, которые пытаются объяснить появление алмазов на Земле. Уже известно, что некоторые алмазы появились на нашей планете благодаря метеоритам (либо она сами принесли, либо способствовали появлению).
Но самая распространенная версия гласит, что львиная доля всех алмазов, все же, имеют земное происхождение - они формируются из углерода, находящегося в верхней части мантии. Главные месторождения алмазов находятся в Африке, России, Австралии и Канаде.
Ребята, мы вкладываем душу в сайт. Cпасибо за то,
что открываете эту
красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook
и ВКонтакте
Представьте, что в эту самую секунду, пока вы читаете текст, где-то надвигается стеклянный шторм или идет алмазный дождь. Звучит как начало фантастического фильма, не правда ли? Но это еще не самые удивительные природные явления, которые встречаются на других планетах.
В этом году зима на Земле не радовала почти никого и отличилась всевозможными катаклизмами, поэтому сайт решил узнать, как обстоят дела с климатом на других планетах, после чего полюбил наши земные морозы и непогоду за окном.
1. Стеклянные штормы
Красивая лазурная экзопланета HD 189733b находится на расстоянии всего 63 световых лет от Солнца, поэтому ученым удалось узнать достаточно много о ней. Температура на этой планете составляет 930 °С на светлой стороне и 425 °С на темной, а ветры мчатся со скоростью 2 км в секунду. Но самое необычное природное явление на этой экзопланете - ливни, состоящие из кусочков стекла.
2. Каменные дожди
Экзопланета COROT-7b была обнаружена в 2009 году, и по размерам она в 2 раза превосходит Землю. На светлой стороне планеты находится обширный океан из лавы, а темная сторона покрыта огромным слоем обычного водяного льда. Температура на солнечной стороне - приблизительно 2 500 °С, что создает уникальные осадки. На этой экзопланете тоже есть круговорот, только не воды, а расплавленной породы.
Именно погода на COROT-7b вдохновляет многих фантастов и художников.
3. Зеленый кристаллический дождь
Самый красивый дождь идет не на планете, а на протозвезде HOPS-68 , которая находится в 1 350 световых годах от Земли. Оливин , который используют на Земле для изготовления ювелирных изделий, обрушивается на эту звезду невероятно красивым потоком блесток.
4. Сухие снежные бури
Не только на Земле есть снежные бури, но и Марс в середине ночи засыпает снегом. У этих ночных штормов есть другое название - «ледяные микропорывы», и их часто сравнивают с небольшими штормами на Земле. Метели на Марсе из сухого льда, а облака - из замороженного углекислого газа.
Зима на этой планете холодная, средняя температура составляет -63 °С. Поэтому, если соберетесь лететь на Марс, то делайте это летом - температура в это время составляет около 20 °С, что вполне комфортно для землян.
5. Плазменный дождь
Даже на Солнце бывают дожди, правда, плазменные. Такое явление более известно как солнечная вспышка, или коронарный дождь, и является следствием мощного взрыва радиации.
Уникальным является то, что плазменный дождь быстро охлаждается, когда приближается к поверхности Солнца. И внешняя атмосфера звезды намного более горячая, чем ее поверхность. Ученые еще не смогли выяснить причину такого явления.
6. Закрученные бури
Ученые выяснили, что вспышку радиации вызывает взрыв в части атмосферы, а она, в свою очередь, порождает ветер, достигающий скорости 4 км в секунду.
7. «Солнцезащитный» снег
Экзопланета Kepler-13Ab уникальна тем, что на ней идет «солнцезащитный» снег, правда, только на темной стороне. Дело в том, что на планете есть диоксид титана, который является активным ингредиентом в солнцезащитных кремах. Поэтому ученые шутят и рекомендуют набрать солнцезащитного крема на темной стороне, перед тем как позагорать на светлой.
8. Штормы размером с Землю
Коричневых карликов трудно обнаружить: им массы не хватает для того, чтобы загореться, как другим звездам. Поэтому были построены уникальные телескопы для изучения погоды на коричневых карликах. Благодаря телескопам «Хаббл» и Спитцер» ученые смогли наблюдать на поверхности карлика штормы размером с Землю. Также удалось изучить облака, которые состоят из необычных материалов, таких как песок и капли расплавленного железа.
9. Ледяной дождь для других планет
Энцелад - спутник Сатурна с гейзерами, которые регулярно извергают ледяную воду, отправляя примерно 250 кг в космос каждую секунду. Одна часть осадков теряется в космосе, а другая попадает на кольца Сатурна, в связи с чем есть предположение, что именно этот спутник является источником материи одного из колец Сатурна. Только на Энцеладе были обнаружены жидкая вода, углерод, азот в форме аммиака и источник энергии, а также предполагается существование океана под поверхностью спутника.
10. Шторм из града
NGC 1333-IRAS 4B - часть Солнечной системы, центральная звезда которой представляет собой кокон из газа и пыли. В центре этого кокона находится плотный диск из материалов, которые больше похожи на шторм из града. Количество воды, которая проливается на центральный диск, могло бы наполнить земные океаны 5 раз. Диск теплее, чем окружающее его облако материала, поэтому, когда куски льда достигают облака, они испаряются. А когда пар замерзнет, то, возможно, таким образом, родится новая комета. Благодаря телескопу «Спитцер» люди получили больше знаний о том, как формируются планетарные системы.