В недрах Юпитера и Сатурна могут образовываться драгоценные камни диаметром в 1 сантиметр. А на Уране и Нептуне они сыплются градом. Можно ли их добыть и доставить на Землю?
Согласно научной гипотезе, температура и давление в нижней части атмосфер планет-гигантов — Урана и Нептуна — создают такие условия, что углеводородные соединения там расщепляются, а углерод сжимается в алмаз и погружается ещё глубже к ядрам этих планет. Иначе говоря, на них идут «алмазные дожди».
Недавно учёные представили новые экспериментальные данные, демонстрирующие, как происходит столь необычное с точки зрения жителей Земли явление. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
АиФ.ru попросил заведующего отделом исследований Луны и планет Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга МГУ, доктора физико-математических наук Владислава Шевченко объяснить, в чём суть этого исследования и сможет ли человечество добраться до залежей алмазов на планетах-гигантах, чтобы поживиться ими.
Вообразите, будто бы на ноготь наступили 250 слонов
— Уран и Нептун — седьмая и восьмая по удалённости от Солнца планеты, они до сих пор остаются плохо изученными. Только один космический аппарат «Вояджер-2» после более чем 10-летнего путешествия смог достигнуть окрестностей Урана в 1986 году, а ещё через три года — пролететь на расстоянии 48 тыс. километров от Нептуна. Поэтому новые результаты лабораторного моделирования природы этих небесных тел вызвали интерес у астрономов.
Современной наукой установлено, что атмосферы Урана и Нептуна состоят из водорода и гелия с примесью небольшого количества метана. Сами эти планеты являются газовыми гигантами: у них нет твёрдой поверхности в привычном нам понимании. Проводившиеся расчёты показывали, что при достаточном давлении и высокой температуре в недрах планет, там, где давление очень высокое, метан должен распадаться на водород и углерод. Ещё ниже, там, где давление становится просто чудовищным, углерод превращается в алмазы и выпадает всё глубже, скапливаясь на границе твёрдого ядра планеты. Вот это гипотетическое явление и стали называть «алмазным дождём», или точнее — «алмазным градом».
Сам процесс формирования кристаллических структур размером в несколько нанометров предположительно происходит на глубине в несколько тысяч километров от уровня облачного слоя, создающего видимый размер этих планет. Напомню, что средний радиус Урана составляет более 25,3 тыс. км, а средний радиус Нептуна достигает 24,6 тыс. км. Чтобы дать возможность представить, какой величины достигает давление в недрах Урана и Нептуна, авторы публикаций приводят такую характеристику: вообразите, будто бы на ноготь большого пальца разом наступили 250 африканских слонов!
Вот в таких условиях в недрах (но не в небе) Урана и Нептуна образуются кристаллические частицы нанометрового размера углеродного состава, формально относящиеся к виду минералов, называемых алмазами.
Природные фабрики алмазов
В проведённых экспериментах учёным удалось воссоздать аналогичные условия с использованием мощных оптических лазеров и наблюдать за образованием микроскопических частиц алмазов в реальном времени. Оказалось, что углерод действительно переходит в кристаллический алмаз. Создать такую симуляцию было чрезвычайно трудно. Один из известных физиков сравнил этот процесс с созданием майонеза наоборот, когда его ингредиенты разделяются.
Авторы эксперимента считают, что в течение многих тысяч лет образующиеся алмазные частицы медленно погружаются в слои глубинного льда и собираются в толстый слой вокруг ядер планет-гигантов. По прогнозам исследователей, разделяющих эту точку зрения, на Уране и Нептуне постепенный рост алмазов в нижнем слое приводит к тому, что их масса становится намного больше, вплоть до миллиона каратов.
Почему специалисты приняли новые результаты с таким интересом? Ещё раз подчеркну, что у астрономов нет возможности изучать природу внутреннего строения Урана и Нептуна, а это ограничивает наше общее понимание эволюции Солнечной системы и галактики, потому что планеты такого размера оказались чрезвычайно распространены в Млечном пути.
Кстати, Уран и Нептун могут быть не единственными природными фабриками алмазов в Солнечной системе. После публикации результатов упомянутого эксперимента астрономы стали вспоминать и другие похожие гипотезы. Так, 7 лет назад один из астрономов утверждал, что драгоценные камни диаметром в 1 сантиметр могут образовываться в недрах Юпитера и Сатурна. Там углерод тоже может возникать из метана, но уже под воздействием ударов молний: они создают необходимые условия высоких давлений и температур.
Сможем ли мы их добыть?
Похожи ли алмазы, образующиеся в глубинах планет-гигантов, на те, что добываются на Земле? Ответ неизвестен, на эту тему мы можем лишь фантазировать. Поскольку законы природы едины для всей Вселенной, алмазы (не как ювелирные изделия, а как минералы!) на Уране и Нептуне должны быть. Но их внешний вид мы никогда не увидим. Пробиться к ядрам планет-гигантов через тысячи километров планетного вещества не смогут даже наши потомки: это слишком далеко и слишком сложно.
Поэтому достать драгоценные минералы из глубин четырёх планет-гигантов Солнечной системы не представляется возможным даже в отдалённом будущем.