在海王星的内心深处，可能会下钻石雨。 现在，科学家们已经提供了新的实验证据，表明这是如何可能的。
该假设认为，这些冰巨星表面以下数千公里处的高温和高压会分解碳氢化合物，碳被压缩成钻石，并更深地沉入行星核心。
新实验使用 SLAC 国家加速器实验室的直线加速器相干光源 (LCLS) X 射线激光器对这种“钻石雨”过程如何发生进行了迄今为止最精确的测量，并发现碳直接转变为晶态钻石。
“这项研究提供了一种很难通过计算建模的现象的数据：‘混溶性’两个元素的组成，或者它们混合时如何结合，”等离子体物理学家迈克·邓恩解释说，LCLS 主任，未在论文中列为作者。
“在这里，他们看到了两种元素如何分离，比如让蛋黄酱分离回油和醋。”
海王星和天王星是太阳系中人们最了解的行星。 它们距离太远——只有一个太空探测器 Voyager 2 能够到达甚至曾经很接近对他们来说，这只是一次飞越，而不是专门的长期任务。
但冰巨星在更广阔的银河系中极为常见——根据美国宇航局，类海王星系外行星的数量是类木星系外行星的 10 倍。
因此，了解太阳系的冰巨星对于了解整个银河系的行星至关重要。 为了更好地了解它们，我们需要知道它们宁静的蓝色外表下发生了什么。
我们知道海王星和天王星的大气主要由氢和氦组成，还有少量的甲烷。 在这些大气层之下，由水、甲烷和氨等“冰”物质组成的超热、超密度流体包裹着地球的核心。
和计算几十年前的实验表明，在足够的压力和温度下，甲烷可以分解成钻石- 表明钻石可以在这种高温致密的材料中形成。
A之前的实验德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫中心的物理学家多米尼克·克劳斯 (Dominik Kraus) 领导的 SLAC 使用 X 射线衍射来证明这一点。 现在克劳斯和他的团队将他们的研究更进一步。
“我们现在有了一种基于 X 射线散射的非常有前途的新方法，”克劳斯说关于他们的最新努力。 “我们的实验正在提供重要的模型参数，而在此之前，我们只有巨大的不确定性。我们发现的系外行星越多，这将变得越有意义。”
在地球上复制巨型行星的内部结构具有挑战性。 你需要一些非常强大的设备 - 这就是LCLS。 你需要一种能够复制那个巨大行星内部物质的材料。 为此，该团队使用了烃类聚苯乙烯（C8H8) 代替甲烷 (CH4）。
第一步是对材料进行加热和加压，以复制海王星内部约 10,000 公里（6,214 英里）深度的条件：光学激光脉冲在聚苯乙烯中产生冲击波，从而将材料加热至约 5,000 开尔文（4,727 度）摄氏度，或 8,540 华氏度）。 它还会产生巨大的压力。
“我们生产了约 150 万块金条，相当于约 250 头非洲象的重量对缩略图表面施加的压力，”克劳斯说。
在之前的实验中，使用X射线衍射来探测材料。 这对于具有晶体结构的材料效果很好，但对于非晶体分子则效果较差，因此图片不完整。 在新实验中，研究小组使用了不同的方法，测量 X 射线如何散射聚苯乙烯中的电子。
这使得他们不仅能够观察到碳转化为钻石，还能观察到样品的其余部分发生了什么——它分解成氢。 而且几乎没有剩余的碳。
“就冰巨星而言，我们现在知道，碳在分离时几乎完全形成钻石，并且不会呈现流体过渡形式，”克劳斯说。
这很重要，因为海王星确实有些奇怪。 它的内部比应有的温度要热得多； 事实上，它释放出能量增加 2.6 倍比它从太阳吸收的能量还要多。
如果钻石（比周围材料的密度更大）如雨点般落入地球内部，它们可能会释放重力能，这些能量会转化为钻石与周围材料之间摩擦产生的热量。
这个实验表明我们不必寻找替代解释？ 无论如何，还没有。 它还展示了一种我们可以用来“探测”太阳系其他行星内部的方法。
“这项技术将使我们能够测量有趣的过程，否则很难重新创建，”克劳斯说。
“例如，我们将能够看到氢和氦这些在气态巨行星内部发现的元素如何和在这些极端条件下混合和分离。 这是研究行星和行星系统演化历史的新方法，并支持未来潜在的聚变能源形式的实验。”
该研究发表于自然通讯。
