Если человек когда-нибудь доберётся до крупнейших планет Солнечной системы — Юпитера и Сатурна, то собственными глазами сможет увидеть «небо в алмазах». Согласно последним исследованиям планетологов, на газовых гигантах идут алмазные дожди.
Исследователи инопланетных миров давно задаются вопросом: может ли высокое давление внутри гигантских планет превращать углерод в алмазы? Планетологи Мона Делитски (Mona Delitsky) из калифорнийской компании Specialty Engineering и Кевин Бейнс (Kevin Baines) из университета Висконсина в Мэдисоне подтвердили давние предположения своих коллег.
Согласно модели, построенной по наблюдениям астрофизиков, когда разряд молнии появляется в верхних слоях атмосферы газовых гигантов и затрагивает молекулы метана, то высвобождаются атомы углерода. Эти атомы в большом количестве соединяются друг с другом, после чего начинают длительное путешествие к каменному ядру планеты. Эти «сборища» атомов углерода представляют собой довольно массивные частицы, то есть по сути представляют собой сажу. Вероятнее всего, именно их увидел аппарат «Кассини» в составе тёмных туч Сатурна.
Частицы сажи медленно спускаются к центру планеты, минуя последовательно все слои её атмосферы. Чем дальше они проходят сквозь слои газообразного и жидкого водорода к ядру, тем большее давление и нагрев испытывают. Постепенно сажа сжимается до состояния графита, а затем преобразуется в ультраплотные алмазы. Но на этом испытания не заканчиваются, инопланетные драгоценные камни нагреваются до температуры 8 тысяч градусов по Цельсию (то есть достигают температуры плавления) и падают на поверхность ядра в виде жидких алмазных капель.
«Внутри Сатурна наблюдаются подходящие условия для града из алмазов. Наиболее благоприятная зона находится на отрезке, начиная с глубины в шесть тысяч километров и заканчивая глубиной в 30 тысяч километров. По нашим расчётам Сатурн может содержать до 10 миллионов тонн этих драгоценных камней, при этом большинство из них не более миллиметра в диаметре, но есть и образцы диаметром около 10 сантиметров», — говорит Бейнс.
В связи с новым открытием планетологи предложили интересную идею: на Сатурн можно отправить робота, который будет собирать капли «драгоценного» дождя. Интересно, что это исследование является своеобразным повторение сюжета научно-фантастической книги «Инопланетные моря» (Alien Seas), согласно которому в 2469 году на Сатурне будут собирать алмазы для строительства корпуса добывающего судна, которое отправится к ядру планеты и будет собирать гелий-3, необходимый для создания термоядерного топлива.
Мысль заманчивая, но учёные предупреждают: алмазы стоит оставить на Сатурне, чтобы предотвратить финансовый хаос на Земле.
Делитски и Бейнс заключили, что алмазы будут оставаться стабильными внутри гигантских планет. К такому выводу они пришли в результате сравнительного анализа последних астрофизических исследований. Эти работы экспериментально подтвердили конкретные температуры и уровень давления, при которых углерод принимает различные аллотропные модификации, такие как твёрдый алмаз. Для этого учёные моделировали условия (прежде всего температуру и давление) в разных слоях атмосфер гигантских планет.
«Мы собрали результаты нескольких исследований и пришли к выводу, что алмазы действительно могут падать с небес Юпитера и Сатурна», — утверждает Делитски.
Необходимо учитывать, что до тех пор, пока некое открытие не подтвердится результатами наблюдений или экспериментов, оно так и останется на уровне гипотезы. Пока модели формирования алмазных капель на газовых гигантах ничто не противоречит. Однако коллеги Бейнса и Делитски высказали свои сомнения о правдоподобности описанной ныне модели.
Так, Дэвид Стивенсон (David Stevenson), планетолог из Калифорнийского технологического института, утверждает, что Бейнс и Делитски неверно использовали в своих расчётах законы термодинамики.
«Метан составляет очень малую долю водородной атмосферы Юпитера и Сатурна — 0,2% и 0,5% соответственно. Думаю, там происходит процесс, похожий на растворение в воде соли и сахара при высоких температурах. Даже если бы вы напрямую создали углеродную пыль и поместили её в верхние слои атмосферы Сатурна, то она бы попросту растворилась во всех этих слоях, стремительно опускаясь к ядру планеты», — утверждает Стивенсон, не принимавший участия в исследовании.
Похожей работой занимался несколько лет назад физик Лука Гирингелли (Luca Ghiringhelli) из Института имени Фрица Габера. К выводам Бейнса и Делитски он также отнёсся скептически. В своей работе он исследовал Нептун и Уран, которые намного богаче углеродом, чем Сатурн и Юпитер, но даже их углерода недостаточно для формирования кристаллов атом за атомом.
Коллеги Бейнса и Делитски советуют им продолжить своё исследование, дополнив модель большим количеством реальных данных и результатами наблюдений.
Доклад об открытии Делитски и Бейнса (PDF-документ) прозвучал на заседании Отделения Американского астрономического общества в области планетарных наук (AAS Division for Planetary Sciences), которое проходит в Денвере с 6 по 11 октября 2013 года.