研究人员揭示了冰行星上钻石雨的新发现

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高温高压下碳氢化合物的状态图。该图显示了钻石形成所需的不同条件，以及选定的相变(实线)和行星内部(虚线)。使用静态压缩的研究(橙色区域和红色区域)在比冲击实验(蓝色区域)更低的压力和温度下观察到金刚石形成，冲击实验仅在对应于氢为金属的条件下观察到金刚石形成。这里给出的结果证实了钻石的形成可以发生在天王星和海王星的浅内部的条件下，包括在较低的温度条件下。还显示了冲击聚对苯二甲酸乙二醇酯中金刚石形成的条件，(C10H8O4)n(绿色区域)、金刚石熔融曲线和木星等熵线。学分:自然天文学(2024)。DOI: 10.1038/s41550-023-02147-x

（）据欧洲XFEL（Bernd Ebeling）：由加利福尼亚州SLAC研究中心的Mungo Frost博士领导的一个国际研究小组利用设在Schenefeld的X射线激光欧洲XFEL，对海王星和天王星等冰冷行星上钻石雨的形成有了新的认识。这些结果也为这些行星复杂磁场的形成提供了线索。

在早期的X射线激光研究中，科学家发现钻石应该由大型气体行星内部的碳化合物形成，因为那里存在高压。然后，这些宝石会从更高层以宝石雨的形式进一步沉入行星内部。

欧洲XFEL的一项新实验表明，碳化合物形成钻石的压力和温度已经比预想的要低。对于气态行星来说，这意味着钻石雨已经在比想象中更低的深度形成，因此可能对磁场的形成产生更大的影响。

此外，钻石雨也可能出现在比海王星和天王星小的气体行星上，这些行星被称为“迷你海王星”这样的行星在我们的太阳系中并不存在，但它们确实作为系外行星存在于太阳系之外。

这项研究发表在《自然天文学》杂志上。

在从行星外层到内层的过程中，钻石雨可以携带气体和冰，产生导电冰流。导电流体的电流就像一台发电机，通过它形成了行星的磁场。

“钻石雨可能对天王星和海王星复杂磁场的形成有影响，”弗罗斯特说。

该小组使用由碳氢化合物聚苯乙烯制成的塑料薄膜作为碳源。在非常高的压力下，钻石从金属箔中形成——这一过程与行星内部发生的过程相同，可以在欧洲XFEL复制。

研究人员在钻石印章细胞和激光的帮助下，在冰冷的气体巨星内部产生了超过2200摄氏度的高压和温度。邮票细胞的功能就像一个迷你老虎钳，样品被挤压在两个钻石之间。在欧洲XFEL X射线脉冲的帮助下，可以精确地观察印模单元中钻石形成的时间、条件和顺序。

国际研究团队还包括来自欧洲XFEL、德国汉堡DESY研究中心和德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心的科学家，以及来自不同国家的其他研究机构和大学的科学家。包括HZDR和DESY研究中心在内的欧洲XFEL用户联合会为这项工作做出了重大贡献。

“通过这种国际合作，我们在欧洲XFEL取得了巨大进展，并获得了对冰行星的新的深刻见解，”弗罗斯特说。