科学家对海王星和天王星等冰行星上钻石雨的形成有了新的认识
由加利福尼亚州 SLAC 研究中心的蒙戈-弗罗斯特（Mungo Frost）领导的一个国际研究小组利用位于申费尔德的 X 射线激光器欧洲 XFEL，对海王星和天王星等冰行星上钻石雨的形成有了新的认识。这些结果现已发表在科学杂志《自然-天文学》上，同时也为这些行星复杂磁场的形成提供了线索。
在早先的 X 射线激光研究中，科学家们已经发现，由于大型气体行星内部普遍存在高压，钻石应该是由那里的碳化合物形成的。然后，这些碳化合物会进一步沉入行星内部，成为来自高层的宝石雨。
图中显示的是行星内部的钻石雨，它由沉入周围冰层的钻石组成。在深入星球内部的过程中，压力和温度不断升高。即使在温度极高的区域，冰也会因为极高的压力而保留下来。资料来源：欧洲 XFEL / Tobias Wüstefeld
欧洲 XFEL 的一项新实验现已表明，碳化合物形成钻石的起始压力和温度都比假设的要低。对于气态行星来说，这意味着钻石雨的形成深度比想象的要低，因此可能会对磁场的形成产生更大的影响。此外，在比海王星和天王星小的气态行星上也有可能形成钻石雨，它们被称为"小海王星"。太阳系中不存在这样的行星，但太阳系外确实存在这样的系外行星。
钻石雨在从行星外层流向内层的过程中，会夹带气体和冰，造成导电冰流。导电流体的电流就像一种发电机，行星的磁场就是通过它形成的。弗罗斯特说："钻石雨可能对天王星和海王星复杂磁场的形成有影响。"
欧洲 XFEL 的 HED 实验站。图片来源：European XFEL / Jan Hosan 欧洲 XFEL / Jan Hosan
研究小组使用碳氢化合物聚苯乙烯制成的塑料薄膜作为碳源。在极高的压力下，金刚石从薄膜中形成--这一过程与行星内部的过程相同，欧洲 XFEL 可以模仿这一过程。研究人员借助金刚石挤压单元和激光，产生了冰气巨行星内部普遍存在的 2200多摄氏度的高压和高温。设施的功能就像一个小型钳子，样品被挤压在两块钻石之间。在欧洲 XFEL X 射线脉冲的帮助下，可以精确观测到挤压中钻石形成的时间、条件和顺序。
国际研究团队还包括来自欧洲 XFEL、德国汉堡DESY研究中心和德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心的科学家，以及来自不同国家的其他研究机构和大学的科学家。欧洲 XFEL 用户联盟 HIBEF（包括 HZDR 和 DESY 研究中心）为这项工作做出了重大贡献。
弗罗斯特说："通过这项国际合作，我们在欧洲 XFEL 取得了巨大进步，并对冰行星有了新的深刻认识。"
编译来源：ScitechDaily
