როგორ წვიმს ნეპტუნსა და ურანზე ალმასები — ფიზიკოსებმა მექანიზმი დაადგინეს

ნეპტუნისა და ურანის სიღრმეში სავარაუდოდ ალმასები წვიმს. ახლახან, მეცნიერებმა ექსპერიმენტულად დაამტკიცეს, რომ ეს მართლაც შესაძლებელია.

ჰიპოთეზის მიხედვით, ყინულის გიგანტების ზედაპირიდან ასობით კილომეტრის სიღრმეში, ძლიერი სიცხე და წნევა შლის ნახშირწყალბადოვან ნაერთებს, ნახშირბადი ალმასად კომპრესირდება და კიდევ უფრო ღრმად იძირება, პლანეტის ბირთვისკენ.

ახალი ექსპერიმენტისთვის მეცნიერებმა გამოიყენეს აშშ-ის ეროვნული ამაჩქარებელი ლაბორატორია SLAC-ის რენტგენული ლაზერი LCLS, რათა უზუსტესი გაზომვებით დაედგინათ, როგორ უნდა ხდებოდეს ეს „ალმასების წვიმა“; აღმოჩნდა, რომ ნახშირბადი პირდაპირ გარდაიქმნება კრისტალურ ალმასად.

„ეს კვლევა მონაცემებს გვაძლევს ფენომენის შესახებ, რომლის კომპიუტერული მოდელირებაც ძალიან რთულია — ორი ელემენტის „შერევადობა“ ანუ, როგორ კომბინირდებიან ისინი შერევისას. აქ ელემენტებს განცალკევებით ხედავთ, ისე, მაიონეზი რომ განაცალკევოთ ზეთად და ძმრად“, — ამბობს LCLS-ის დირექტორი, პლაზმის ფიზიკოსი მაიკ დიუნი, რომელიც კვლევაში ჩართული არ ყოფილა.

ნეპტუნი და ურანი მზის სისტემის ყველაზე მწირად შესწავლილი პლანეტებია. ისინი ძალიან შორსაა და მათ მხოლოდ ერთმა, ისიც გრძელვადიანმა ხომალდმა ვოიაჯერ-2-მა გადაუფრინაახლოდან, მისიამ, რომელიც ამ პლანეტების საკვლევად არ ყოფილა გათვლილი.

თუმცა, ყინულის გიგანტი პლანეტები ირმის ნახტომში უხვადაა; ნასას მონაცემებით, ნეპტუნის მსგავსი ეგზოპლანეტები იუპიტერის მსგავს ეგზოპლანეტებს ათჯერ სჭარბობს.

გამომდინარე აქედან, მზის სისტემის ყინულის გიგანტების შესწავლა სასიცოცხლოა გალაქტიკის მასშტაბით პლანეტების შესასწავლად. მათ უკეთ შესასწავლად კი, საჭიროა ვიცოდეთ, რა ხდება მათი ცისფერი ზედაპირების მიღმა.

ცნობილია, რომ ნეპტუნისა და ურანის ატმოსფეროები ძირითადად წყალბადისა და ჰელიუმისგან შედგება, არის მცირე ოდენობით მეთანიც. ამ ატმოსფერულ შრეებს დაბლა, პლანეტის ბირთვზე შემოხვეულია სუპერცხელი, სუპერმკრვირი „ყინულოვანი“ ნივთიერებების ნაკადები, მაგალითად, წყალი, მეთანი და ამიაკი.

ჯერ კიდევ ათწლეულების წინანდელი გათვლები და ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ საკმარის წნევასა და ტემპერატურაზე, მეთანი შეიძლება გადაიქცეს ალმასებად; ეს კი იმაზე მიუთითებს, რომ ამ ცხელი, მკვრივი მასალებისგან შესაძლებელია ალმასების წარმოქმნა.

ამის სადემონსტრაციოდ, წინა SLAC-ის წინა ექსპერიმენტი გერმანიაში ფიზიკოსმა დომინიკ კრაუსმა ჩაატარა რენტგენული სხივების დიფრაქციის გამოყენებით. კრაუსისა და მისი ჯგუფის კვლევა ამჯერად კიდევ უფრო შორს წავიდა.

„რენტგენული სხივების მიმოფანტვაზე დაყრდნობით, ახლა უკვე გვაქვს ძალიან იმედისმომცემი მიდგომა. ჩვენმა ექსპერიმენტებმა მოგვიტანა მნიშვნელოვანი სამოდელო პარამეტრები, რომლებშიც აქამდე მხოლოდ დიდი გაურკვევლობა გვქონდა. უფრო მეტი ეგზოპლანეტის აღმოჩენის კვალდაკვალ, ეს შედეგები უფრო რელევანტური გახდება“, — ამბობს კრაუსი.

საკმაოდ გამომწვევი და რთულია გიგანტურ პლანეტათა წიაღის გარემოს განმეორება აქ, დედამიწაზე. ამისათვის საჭიროა საკმაოდ მძლავრი აღჭურვილია, ისეთი, როგორიც LCLS-ია. ასევე დაგჭირდებათ მასალა, რომელიც გაიმეორებს გიგანტურ პლანეტათა წიაღში არსებულ მასალებს. ამისათვის, ჯგუფმა მეთანის (CH4) ნაცვლად გამოიყენა პოლისტიროლი (C8H8).

პირველი ნაბიჯია ამ მასალის გაცხელება და წნევის გაზრდა, რათა გავიმეოროთ ნეპტუნისა და ურანის სიღრმეში, დაახლოებით 10 000 კმ-ის ქვეშ არსებული გარემო პირობები; ოპტიკური ლაზერის პულსები პოლისტიროლში გამოიმუშავებს შოკურ ტალღებს, რაც მატერიას 4727 გრადუსამდე აცხელებს; ასევე წარმოქმნის ძლიერ წნევას.

„შევქმენით დაახლოებით 1,5 მილიონი ბარი, რაც იმ წნევის ეკვივალენტია, რაც ფრჩხილის ზედაპირზე 250 აფრიკული სპილოს მოთავსება წარმოქმნიდა“, — განმარტავს კრაუსი.

წინა ექსპერიმენტში რენტგენული დიფრაქცია მასალის კვლევისთვის გამოიყენეს. ის კარგად მუშაობს კრისტალური სტრუქტურის მასალებში, მაგრამ ასე არ ხდება არაკრისტალურ მოლეკულებში; შესაბამისად, სურათი არასრული იყო. ახალ ექსპერიმენტში ჯგუფმა განსხვავებული მეთოდი გამოიყენა და გაზომა როგორ მიმოფანტავდა რენტგენული სხივები პოლისტროლში ელექტრონებს.

ამის წყალობით კი ისინი დააკვირდნენ არა მხოლოდ ნახშირბადის ალმასებად გარდაქმნას, არამედ იხილეს ისიც, რა ხდებოდა ნიმუშის დანარჩენ ნაწილში — ის წყალბადად დაიშალა. ნახშირბადი თითქმის აღარ დარჩა.

„ახლა უკვე ვიცით, რომ ყინულის გიგანტების შემთხვევაში, ნახშირბადი თითქმის ექსკლუზიურად წარმოქმნის ალმასებს, როდესაც ის იყოფა და არ გადის გარდამავალ თხევად ფორმას“, — ამბობს კრაუსი.

ეს კი მნიშვნელოვანია, რადგან ნეპტუნი მართლაც ძალიან უცნაურია. მისი წიაღი გაცილებით ცხელია, ვიდრე უნდა იყოს; უფრო მეტიც, ის იმაზე 2,6-ჯერ მეტ ენერგიას გამოყოფს, ვიდრე მზისგან შთანთქავს.

თუკი პლანეტის წიაღს აწვიმს ალმასები, ანუ უფრო მკვრივი მასალა, ვიდრე მათ გარშემო არსებული სხვა მასალები — ისინი უნდა გამოყოფდეს გრავიტაციულ ენერგიას, რომელიც ალმასებსა და გარშემო არსებული მასალის ხახუნის შედეგად გარდაიქმნება სიცხედ.

ეს ექსპერიმენტი გვთავაზობს, რომ ალტერნატიული ახსნის ძებნა საჭირო აღარ არის. ასევე გვიჩვენებს მეთოდს, რომლითაც შეგვიძლია მზის სისტემის მიღმა არსებული პლანეტების, ანუ ეგზოპლანეტების წიაღის შესწავლა.

„ეს მეთოდი საშუალებას გვაძლევს გავიგოთ ის პროცესები, რომელთა განმეორებაც სხვა გზებით ურთულესია. მაგალითად, შეგვიძლია ვიხილოთ, როგორ ერევა ერთმანეთს და განცალკევდება ექსტრემალურ გარემოში წყალბადი და ჰელიუმი, ელემენტები, რომლებიც იუპიტერისა და სატურნის მსგავს გაზის გიგანტებში გვხვდება. ეს გახლავთ პლანეტებისა და პლანეტური სისტემების ევოლუციური ისტორიის კვლევის ახალი გზა, რომელიც ამავე დროს აგულიანებს ექსპერიმენტებს ენერგიის სინთეზის სამომავლო ფორმების შესახებ“, — განმარტავს კვლევის ავტორი დომინიკ კრაუსი.

კვლევა ჟურნალ Nature Communications-ში გამოქვეყნდა.

მომზადებულია ScienceAlert-ის მიხედვით.

 
0Shares
infonews.ge

კომენტარები

კომენტარის დატოვება

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.