克劳斯说:“我们现在拥有一个基于X射线衍射的非常有前景的新方法,我们的实验提供了重要模型参数,在此之前的实验中存在诸多不确定性,随着近年我们发现的系外行星越来越多,这一点就变得不重要了。”
在实验室复制巨行星内部结构是一项挑战,研究人员需要一些精密设备,例如:直线加速器相干光源,同时,还需要一种物质来复制巨行星内部,为此,研究小组使用碳氢聚苯乙烯(C8H8)代替甲烷(CH4)。
实验第一步是对材料进行加热加压,从而复制海王星地下1万公里处的内部环境:光学激光脉冲在碳氢聚苯乙烯中产生冲击波,使材料加热至大约4727摄氏度,从而形成强大压力。
克劳斯说:“我们在实验室制造了15万兆帕的压力,这相当于将250头非洲大象的重量放置在拇指甲上产生的压力。”
在之前的实验中,我们使用X射线衍射来探测材料,这对晶体结构的材料非常有效,但对非晶体分子就不那么有效,所以形成的图像并不完整。目前,在最新实验中,研究小组使用了另一种方法,能够测量X射线是如何散射聚苯乙烯中的电子。
这不仅能让他们观察到碳转化为钻石的过程,还能观察到样本的其他部分发生了什么——它分裂成氢,几乎没有剩余的碳。
克劳斯说:“目前在冰巨星的实例中,我们知道碳在分离时几乎完全形成了钻石,而且没有流体过渡的形式。”
这是非常重要的,因为海王星存在一些非常奇特的现象,它的内部温度远高于应有温度,事实上它释放的能量是吸收太阳能量的2.6倍。
如果是钻石,它将比周围的物质密度更大,这些钻石以微粒形式像雨点一样降落至行星内部,它们可能释放重力能量,将其转化为钻石和周边物质摩擦产生的热量。
这项实验表明,我们不需要另一种解释,至少现在还不需要,同时,该研究证实一种可以“探测”太阳系其他行星内部结构的方法。
克劳斯说:“这项技术帮助我们完成有趣的实验过程,否则我们很难发现巨行星的内部结构机制。例如:我们能够洞察木星、土星这样气态巨行星内部的氢和氦,它们如何在极端条件下混合和分离。这是研究行星和行星系进化史的一种新方法,同时也为未来研究聚变产生能量提供实验依据。”
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