Ο Ποσειδώνας είναι ένας πλανήτης στον οποίο οι άνθρωποι έχουν ταξιδέψει ακριβώς μία φορά, για λίγες ώρες, το 1989, όταν το Voyager 2 πέρασε από κοντά του και συνέχισε την πορεία του.
Σχεδόν όλα όσα πιστεύουμε για το τι συμβαίνει στο εσωτερικό του προέρχονται από τη φυσική, όχι από φωτογραφίες. Και η φυσική δείχνει προς μια κατεύθυνση που μοιάζει με όνειρο χρυσοχόου: ένα στρώμα, βαθιά κάτω, όπου ο άνθρακας πέφτει μέσα στο σκοτάδι ως στερεά διαμάντια.
Η ιδέα υπάρχει εδώ και δεκαετίες. Αυτό που άλλαξε πρόσφατα είναι ότι κάποιος κατασκεύασε ένα μικρό κομμάτι του εσωτερικού του Ποσειδώνα πάνω σε έναν εργαστηριακό πάγκο και το είδε να συμβαίνει.
Γιατί κάποιος υποψιάστηκε τα διαμάντια εξαρχής
Ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός είναι αυτό που οι αστρονόμοι αποκαλούν παγωμένοι γίγαντες, και η ονομασία είναι κάπως παραπλανητική.
Δεν αποτελούνται από πάγο με την καθημερινή έννοια. Κάτω από τα εξωτερικά τους στρώματα από υδρογόνο και ήλιο υπάρχει ένα βαθύ, θερμό και πυκνό στρώμα νερού, αμμωνίας και μεθανίου, συμπιεσμένο σε καταστάσεις ύλης που δεν υπάρχουν πουθενά στην επιφάνεια της Γης.
Το μεθάνιο είναι το βασικό συστατικό. Κάθε μόριο μεθανίου αποτελείται από ένα άτομο άνθρακα δεσμευμένο με τέσσερα άτομα υδρογόνου, και το μεθάνιο είναι αυτό που δίνει και στους δύο πλανήτες το μπλε-πράσινο χρώμα τους, επειδή απορροφά το κόκκινο φως.
Καθώς κατεβαίνει κανείς μέσα στον πλανήτη, η πίεση ανεβαίνει σε εκατομμύρια ατμόσφαιρες και η θερμοκρασία σε χιλιάδες βαθμούς.
Θεωρητικοί που εργάζονταν στις δεκαετίες 1970 και 1980, συμπεριλαμβανομένου του φυσικού του Lawrence Livermore, Marvin Ross, πρότειναν ότι υπό αυτές τις συνθήκες το μεθάνιο θα διασπαστεί, ο απελευθερωμένος άνθρακας θα δεθεί με τον εαυτό του και, σε επαρκές βάθος, θα κρυσταλλωθεί σε διαμάντι.
Τα διαμάντια, όντας βαρύτερα από το περιβάλλον υλικό, θα βυθίζονται προς τον πυρήνα σαν μια αργή «μεταλλική χιονόπτωση».
Ήταν μια κομψή πρόβλεψη - ήταν επίσης, για πολύ καιρό, σχεδόν αδύνατο να ελεγχθεί.
Το πρόβλημα της δοκιμής ενός πλανήτη στον οποίο δεν μπορείς να φτάσεις
Δεν μπορείς να ρίξεις έναν αισθητήρα στον Ποσειδώνα. Οι πιέσεις που θα δημιουργούσαν βροχή διαμαντιών βρίσκονται κάτω από χιλιάδες μίλια ατμόσφαιρας που θα συνέθλιβαν οποιοδήποτε διαστημόπλοιο πολύ πριν φτάσει εκεί.
Έτσι, για δεκαετίες η ιδέα της «βροχής διαμαντιών» ζούσε σε υπολογιστικά μοντέλα και επιστημονικές αναλύσεις, κάτι απολύτως έγκυρο, αλλά όχι το ίδιο με αποδείξεις.
Η ανακάλυψη-τομή ήταν να βρεθεί τρόπος να αναπαραχθούν οι σχετικές συνθήκες για αρκετό χρόνο ώστε να καταγραφεί το αποτέλεσμα, έστω και για μια στιγμή.
Το 2017, μια ομάδα με επικεφαλής τον φυσικό Dominik Kraus χρησιμοποίησε το γιγαντιαίο λέιζερ ακτίνων Χ στο SLAC National Accelerator Laboratory στην Καλιφόρνια για να αναπαράγει την αντίδραση και να την παρατηρήσει, με τα αποτελέσματα να δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature Astronomy.
Πώς «κατασκευάζεις» βροχή διαμαντιών πάνω σε έναν πάγκο εργαστηρίου
Η ομάδα δεν χρησιμοποίησε μεθάνιο. Χρησιμοποίησε ένα λεπτό φύλλο από κοινό πολυστυρένιο, το πλαστικό που βρίσκεται σε ποτήρια μιας χρήσης και συσκευασίες, επειδή το πολυστυρένιο αποτελείται από υδρογόνο και άνθρακα, τα ίδια δύο στοιχεία που έχουν σημασία στους παγωμένους γίγαντες.
Στη συνέχεια χτύπησαν το πλαστικό με ένα ισχυρό οπτικό λέιζερ ώστε να δημιουργηθούν δύο ωστικά κύματα μέσα του, ένα γρήγορο και ένα πιο αργό, συγχρονισμένα έτσι ώστε να επικαλύπτονται.
Στο σημείο όπου συναντήθηκαν, το πλαστικό βρέθηκε στιγμιαία σε πίεση και θερμοκρασία κοντά σε αυτές που υπάρχουν χιλιάδες μίλια μέσα στον Ποσειδώνα.
Ακριβώς εκείνη τη στιγμή, οι ερευνητές έστειλαν μέσα από το δείγμα το λέιζερ ακτίνων Χ ελεύθερων ηλεκτρονίων του εργαστηρίου, το Linac Coherent Light Source.
Οι ακτίνες Χ λειτούργησαν σαν μια απίστευτα γρήγορη κάμερα, καταγράφοντας τη διάταξη των ατόμων στο κλάσμα του δευτερολέπτου πριν το υλικό διαλυθεί.
Οι ακτίνες έδειξαν ξεκάθαρα το εξής: στη ζώνη επικάλυψης, τα άτομα άνθρακα είχαν αποχωριστεί από το υδρογόνο και είχαν σχηματίσει την οργανωμένη κρυσταλλική δομή του διαμαντιού.
Σύμφωνα με το SLAC, σχεδόν κάθε άτομο άνθρακα στο δείγμα είχε μετατραπεί σε μικροσκοπικές δομές διαμαντιού, μερικές σε μέγεθος λίγων νανομέτρων, σχηματισμένες στον χρόνο που χρειάζεται το φως για να διασχίσει ένα δωμάτιο.
Τι αποδεικνύει και τι δεν αποδεικνύει αυτό
Εδώ χρειάζεται προσοχή, γιατί η απλοποιημένη εκδοχή αυτής της ιστορίας συχνά ξεφεύγει από το τι πραγματικά έδειξε το πείραμα.
Το εργαστήριο δεν παρατήρησε διαμάντια να «πέφτουν» μέσα στον Ποσειδώνα. Κανείς δεν το έχει δει αυτό. Το πείραμα έδειξε ότι το συγκεκριμένο χημικό βήμα στον πυρήνα της θεωρίας (η διάσπαση υδρογονανθράκων υπό τις πιέσεις των παγωμένων γιγάντων και η κρυστάλλωση του άνθρακα σε διαμάντι) όντως συμβαίνει και μάλιστα εύκολα, στις σχετικές συνθήκες.
Μετέτρεψε την ιδέα της «βροχής διαμαντιών» από πιθανό μοντέλο σε διεργασία που επιβεβαιώνεται στο κατάλληλο καθεστώς συνθηκών.
Η μετάβαση από εκεί στο «βρέχει διαμάντια στον Ποσειδώνα» είναι εύλογη επιστημονική υπόθεση, όχι άμεση παρατήρηση.
Τα εσωτερικά των πλανητών παραμένουν γνωστά μόνο μέσω μοντέλων, δεδομένων βαρύτητας και μαγνητικών πεδίων, και υπάρχει πραγματική επιστημονική συζήτηση για τις ακριβείς θερμοκρασίες και το βάθος στο οποίο θα σχηματιζόταν ένα στρώμα διαμαντιών.
Το πείραμα ενίσχυσε σημαντικά την υπόθεση - δεν έβαλε όμως ένα διαμάντι στο χέρι κανενός.
Γιατί έχει σημασία ακόμη κι αν τα διαμάντια είναι μικρά
Ένα διαρκές ερώτημα είναι αν πρόκειται για πολύτιμους λίθους ή για σκόνη.
Τα εργαστηριακά διαμάντια είχαν μέγεθος νανομέτρων. Ορισμένα μοντέλα υποστηρίζουν ότι μέσα σε έναν πραγματικό πλανήτη, με πολύ περισσότερο χρόνο και υλικό, τα διαμάντια που βυθίζονται θα μπορούσαν να μεγαλώσουν πολύ περισσότερο καθώς κατεβαίνουν, ίσως σε εκατομμύρια καράτια, αν και αυτό παραμένει καθαρά στο επίπεδο μοντελοποίησης.
Η πιο ενδιαφέρουσα συνέπεια είναι ενεργειακή. Καθώς τα πυκνά διαμάντια βυθίζονται προς τον πυρήνα, απελευθερώνουν βαρυτική ενέργεια ως θερμότητα, όπως μια πέτρα που πέφτει στο νερό προκαλεί κυματισμούς.
Η ομάδα του SLAC σημείωσε ότι αυτή η «βροχή» μπορεί να αποτελεί πρόσθετη πηγή εσωτερικής θερμότητας, κάτι που συνδέεται με το πώς οι παγωμένοι γίγαντες παραμένουν πιο θερμοί εσωτερικά από ό,τι αναμενόταν.
Το πόσο μεγάλη είναι αυτή η συμβολή παραμένει αντικείμενο μοντέλων, όχι μετρήσεων.
Οι πλανήτες που εξακολουθούμε να μην επισκεπτόμαστε
Αυτό που μένει από την ιστορία της «βροχής διαμαντιών» δεν είναι πραγματικά τα διαμάντια. Είναι το πόσο λίγα έχουμε δει στην πραγματικότητα.
Ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός είναι οι μόνοι δύο πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος που δεν έχει τεθεί ποτέ δορυφόρος σε τροχιά γύρω τους.
Ό,τι γνωρίζουμε προέρχεται από δύο σύντομες διελεύσεις του Voyager στα τέλη της δεκαετίας του 1980, από παρατηρήσεις τηλεσκοπίων και από μεγάλη ποσότητα θεωρίας.
Η πιο πρόσφατη δεκαετής έκθεση πλανητικής επιστήμης των ΗΠΑ χαρακτήρισε μια αποστολή σε τροχιά γύρω από τον Ουρανό ως την υψηλότερη προτεραιότητα νέας μεγάλης αποστολής, αλλά οι μεγάλες αποστάσεις σημαίνουν ότι ένα τέτοιο σκάφος δεν θα έφτανε για πολλά χρόνια μετά την εκτόξευση.
Έτσι, προς το παρόν, το πιο κοντινό πράγμα που μπορούμε να πούμε για το εσωτερικό του Ποσειδώνα προέρχεται από ένα φύλλο πλαστικού ποτηριού, δύο ωστικά κύματα και μια λάμψη ακτίνων Χ στην Καλιφόρνια.
Τα διαμάντια σε αυτό το πείραμα κράτησαν λιγότερο από μια στιγμή πριν καταστραφεί το δείγμα.
Κάπου εκεί έξω, πέρα από την τροχιά όλων των πραγμάτων, στο σκοτάδι και στην πίεση, η ίδια αντίδραση ίσως συμβαίνει αθόρυβα εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια, και δεν έχουμε ποτέ βρεθεί εκεί για να τη δούμε.
www.worldenergynews.gr
