土星和木星上的钻石海洋

本周(2013年10月9日)，研究人员宣布:这听起来像科幻小说，但土星和木星上可能储存了多达1000万吨的钻石。

观察到的证据表明，土星上的雷暴能够活跃地产生碳粒子。此外，新一轮的室内实验和模拟显示了碳在极端环境中的特性。因此，两位科学家提出了土星和木星都可以为钻石形成提供稳定环境的想法。

“我们现在知道实心钻石的最高温度限制是8,000。如果温度高于这个温度，钻石就会融化。此外，我们可以更精确地测量土星和木星内部的压力和温度分布，”威斯康星大学麦迪逊分校的行星科学家凯文·贝恩斯说。“这两个条件的结合首次向我们表明，实心钻石可能存在于两个行星的一个很大的纵向区域。”本周，研究人员在科罗拉多州丹佛市的一次会议上提交了这篇研究论文，贝恩斯是其合著者。

根据早期的理论，只有天王星和海王星被认为是能够生产钻石的行星。科学家认为，两颗行星上的高温和高压可能会直接将大气中的甲烷转化成钻石，然后降落在两颗行星内部。

科学家推测土星和木星的温度低得多，甲烷也少得多。因此，他们通常认为这两颗行星没有能力生产这些宝石。

土星大气中大约0.5%是甲烷；木星大气中只有大约0.2%是甲烷。然而，在天王星和海王星上，近15%的大气是由甲烷组成的。

根据贝恩斯的说法，卡西尼号宇宙飞船在土星的上方云层中发现了巨大的闪电雷暴，在木星上也发现了同样的闪电雷暴。这些巨大的闪电雷暴可能是导致钻石形成的主要事件。红外图像中看到的黑色风暴区域被认为是甲烷分子分解成碳的区域，碳很可能是煤烟颗粒。

新理论指出，一旦烟灰颗粒形成，无定形碳将沉入大气中，直到达到相同的密度，然后在不断增加的压力下转变成石墨。石墨继续落入土星的深层大气，直到压力和温度上升，将石墨转化为固体钻石。

“这样，每年将生产大约1000吨钻石。我估计大约有1000万吨钻石以这种方式形成于30000公里厚的钻石层中，”贝恩斯说。

液体钻石之海

在木星大气层的最深层，那里的环境极端恶劣。事实上，钻石可能形成液体钻石的海洋。贝恩斯说:“在钻石熔化的那一层下面，含有原子氢和离子化氢的大气已经变得极具破坏性，那里的液态钻石很可能已经被转化成其他物质。”

然而，天王星和海王星内部的温度要低得多，永远不会达到8000K，所以钻石可能永远不会在这些相对遥远的行星上融化。

“所以我们可以说，钻石可能永远存在于天王星和海王星上，但不会永远存在于土星和木星上，”加州帕萨迪纳市加州特色机构的行星科学家、该研究论文的主要作者莫娜·德里茨基说。

然而，亚利桑那大学的行星科学家威廉·哈伯德对研究中提出的碳化学过程表示怀疑。他认为土星上的闪电雷暴产生的煤烟太少，不足以形成钻石，随着煤烟深入大气层，它很可能会被不断增加的压力和不断上升的温度所破坏。哈伯德说:“热分解的碳可能只与氢形成溶液，但它不会析出并变成钻石。”。

“钻石冰山”

这些宇宙钻石的可能大小是基于推测。达利斯基认为，这些钻石的初始尺寸可能只有1微米，与闪电产生的煤烟颗粒一样大。当它们下降到地球内部更深处时，这些粒子逐渐增加，很像雨滴，最终形成至少和豌豆一样大的宝石...有些变得如此之大，甚至可以被称为“钻石冰山”！

“这些钻石可能比纳米钻石大得多。它们可能很大很厚。你可以把它们握在手中，”达利斯基补充道。“在遥远的未来，机器人探测器将能够深入这些气体巨行星的大气层，开采这些钻石。”

这篇研究论文被提交给美国天文学会行星科学分会第45届年会。

翻译:国家地理杂志网站(2013年10月9日)

安德鲁·法泽卡斯