Если космонавты когда-нибудь доберутся до пятой от Солнца планеты, то они станут свидетелями потрясающего пейзажа – дождя из различных форм и размеров алмазов. Именно к такому выводу пришли американские планетологи из университета Висконсина. Как на Юпитере образуются столь драгоценные осадки и сколько богатства таят недра планеты?
Юпитер – самая крупная планета в нашей Солнечной системе, отличающаяся совершенно непригодными для жизни условиями, ураганными ветрами в атмосфере, колоссальной гравитацией и отсутствием твердой поверхности.
Это газовый гигант, который в большей степени состоит из водорода и гелия, в меньшей степени – из метана, аммиака, сероводорода и воды. Газовая оболочка без четкой разделительной черты переходит в бескрайний океан расплавленного металлического водорода. Ядро гиганта может быть как в жидком, там и в твердом состоянии.
Любопытство представляет нижний слой атмосферы. Он охлажден до −130 °C и богат жидкой водой в виде мельчайших капель. Ученые предположили, что здесь могла бы образоваться водно-углеводородная форма жизни, с организмами размером с земной город-миллионник.
Погружаясь вглубь планеты, температура вырастает до +20 000 °C с атмосферным давлением до 4000 ГПа.
Нужно отметить, что с Земли видны лишь несколько слоев атмосферы, которые скрывают Юпитер плотными непрозрачными газовыми облаками. Поэтому о том, что происходит в глубине планеты, исследователи могут только предполагать, основываясь на законах физики. В сущности, алмазные дожди стали именно таким предположением.
Учитывая вышеуказанные условия, планетологи Мона Делитски и Кевин Бейнс в 2013 году высчитали модель преобразования газа метана в алмаз.
Дело в том, что на Юпитере беспрестанно бушуют мощные штормы. Образовавшиеся в них молнии высвобождают из молекул метана атомы углерода. Те, в свою очередь, в больших объемах объединяются друг с другом, после чего медленно падают вглубь планеты.
Эти несанкционированные собрания атомов являются обычной сажей – продуктом неполного сгорания, после встречи с молнией. Чем глубже эта сажа опускается, тем большее давление и нагрев она испытывает, пока, в какой-то момент, не преобразуется в графит, схожий с графитом в наших земных карандашах.
При давлении более 100 000 атмосфер и температуре 1600 градусов графит превращается в алмаз. Однако, на этом его путешествие не заканчивается. Ввиду отсутствия твердой поверхности на Юпитере, падать алмазу приходится до самого ядра планеты.
Пролетев 30 000 км и попав в зону, где температура подскакивает до 8 000 °C, алмаз начинает таять, падая на ядро, если оно все-таки твердое, в виде алмазных капель (жидкого углерода). Общий путь от сажи до алмазной капли достигает 52 000 км.
Надо сказать, что в таком преобразовании нет ничего не обычного. Точно также люди создают искусственные алмазы прямо на Земле. Это химическое осаждение алмазов из газовой фазы – CVD-алмазы.
Согласно такой модели размер алмазов варьируется от одного миллиметра до 10 сантиметров в диаметре. Каждый год выпадает до 1 000 тонн таких осадков.
К слову, Юпитер не единственный гигант, обладающий такими запасами алмазов. Подобная картина наблюдается в Сатурне – тоже газовом гиганте. А вот на братьях Юпитера Уране и Нептуне алмазных дождей почему-то нет. Хотя объем метана у них ничуть не меньше.
Люди, которые не верят в сказки
Открытие планетологов породило разного рода фантазии, где люди в далеком будущем смогут добывать алмазы для нужд Земли. Технически, человечество может сделать это даже сейчас. Но эти фантазии навсегда останутся фантазиями, поскольку такие алмазы вызовут финансовый хаос на Земле.
А вот Дэвид Стивенсон – планетолог из Калифорнийского технологического института, раскритиковал своих коллег, считая, что они неверно применили законы термодинамики и, алмазных дождей на Юпитере быть не может.
Исследователь заявил, атомы углерода не успеют преобразоваться в графит, а вместо этого растворятся в водороде подобно сахару в воде. Другой физик Лука Гирингелли поддержал Стивенсона. По его мнению, объема углерода на Юпитере не достаточно для алмазных осадков.
Как бы то ни было, большинство специалистов оказались на стороне Мона Делитски и Кевина Бейнса. Поэтому можно считать, что алмазные дожди все-таки идут, но увидеть мы их, никогда не сможем.
Об этом они заявили на конференции, что эти алмазные «градины» в конечном итоге тают в жидком море, в горячих ядрах планет. «Самые крупные алмазы, вероятно, будут иметь диаметр около сантиметра. Достаточно большой, чтобы можно было бы вставить в кольцо. Хотя, конечно, это будет наверняка запрещено». — Говорит доктор Кевин Бэйнс из Университета Висконсин-Мэдисон и Лаборатории реактивного движения НАСА.
Алмазный дождь Юпитера и Сатурна. фото: Salik.biz
Он добавил, что они будут иметь размер, который покойная актриса Элизабет Тейлор «Носила бы с гордостью». «Суть в том, что на Сатурне создается 1000 тонн алмазов в год. Люди спрашивают меня — «как ты можешь быть в этом уверен? Ты не можешь пойти и понаблюдать за этим процессом?!» Все сводится к химии. И мы вполне уверены в своей правоте».
Грозовые очаги
Бейнс представил свои результаты исследования на ежегодной конференции астрономического сообщества в Денвере, штат Колорадо. Вместе со своим соавтором Моной Делицкой из Калифорнийского отделения специальной инженерии. Гигантские бури на Сатурне создают черные облака сажи, которая при оседании превращается в алмазы. Считается, что Уран и Нептун хранят великое множество драгоценных камней. А вот у Сатурна и Юпитера не совсем подходящая атмосфера.
Станция «Юнона» запечатлела «алмазный» феномен молний на Юпитере. фото: Heureka.postimees.ee
«Когда сажа падает, давление на нее возрастает. И примерно через 1500 км она превращается в графит — листовую форму углерода. Которую вы можете найти в карандашах». Опустившись на 6000 км эти куски падающего графита превращаются в алмазы — твердые и… Казалось бы неразрушимые! Но они продолжают падать еще на 30 000 км — «примерно два диаметра Земли», — говорит Бейнс. «Как только они опустятся на эти «крайние глубины», давление и температура станут такими адскими, что алмазы не смогут оставаться твердыми». Но пока это очень неопределенно, что там происходит с углеродом.
Неотшлифованный алмаз
Один из возможных вариантов состоит в том, что там может образоваться «море» жидкого углерода. «Таким образом, алмазы не вечны на Сатурне и Юпитере. Но на Уране и Нептуне, которые в своей основе холоднее, «неотшлифованный алмаз» может сохраниться». — говорит Бэйнс. Полученные результаты еще предстоит пересмотреть, но другие эксперты по планетам, заявили, что возможность алмазного дождя вполне вероятна.
Не шлифованные алмазы выглядят, конечно, иначе, чем мы привыкли видеть. фото: Plurk.com
«Идея о том, что в пределах атмосферы Юпитера и (в еще большей степени) Сатурна существует диапазон высот, в котором углерод будет устойчивым, как алмаз, кажется разумной», — говорит профессор Раймонд Жанлоз, один из тех, кто впервые предсказал алмазы на Уране и Нептуне. «И учитывая большие размеры этих планет, объем углерода (а следовательно, и алмаза), которое может присутствовать, невероятно велик.
Смесь газов
Однако доктор Надин Неттельманн из Калифорнийского университета в Санта-Крузе сказала, что необходима дальнейшая работа. Чтобы понять, может ли углерод образовывать алмазы в атмосфере, которая богата водородом и гелием, например на Сатурне. «Бэйнс и Делицкая рассмотрели данные для чистого углерода, вместо смеси углерод-водород-гелий», — пояснила она. «Мы не можем исключить предложенный сценарий (алмазный дождь на Сатурне и Юпитере), но у нас просто нет данных о смесях на планетах. Поэтому мы не знаем, происходит ли вообще образование алмазов».
Между тем, согласно новым исследованиям, экзопланета (Планета 55 Cancri e). Которая, как полагают, состоит в основном из алмазов. Может быть не такой драгоценной. Так называемая «алмазная планета» вращается вокруг звезды в 40 световых годах от нашей Солнечной системы. Исследование, проведенное в 2010 году, показало, что это каменистый мир с графитовой поверхностью. Окружающей толстый слой алмаза, а не воды и гранита, подобно Земле.
«Девчячья» планета 55 Cancri e. фото: Alkhaleejonline.net
Но новое исследование, которое будет опубликовано в Astrophysical Journal, ставит этот вывод под сомнение. Делая маловероятным, чтобы какой-либо космический зонд, отправленный для отбора проб, мог выкопать что-нибудь искрящееся. Углерод, из которого создаются алмазы, по-видимому, менее распространен по отношению к кислороду в звезде-хозяине планеты. — И, возможно, на самой планете. «Исходя из того, что мы знаем на данный момент, 55 Cancri — это скорее «алмазное сырье», — говорит Джоанна Теске из Университета Аризоны.
Ученые нашли планету, где идет «освежающий» дождь из железа. И это еще не самые странные осадки
Список планет с экстремальными погодными условиями пополнила WASP-76b с температурой на поверхности 2,4 тысячи градусов по Цельсию. «Горячие» небесные тела не новость для исследователей космоса, но именно в этом экземпляре есть особенность — там идут дожди… из металла.
В созвездии Рыб, на расстоянии 640 световых лет от Земли, находится необычная планета WASP-76b, которую удалось исследовать с помощью «Очень большого телескопа» (Very Large Telescope) в чилийской пустыне Атакама.
Планета похожа на земную Луну, к своей родительской звезде она обращена только одной стороной, а другая находится в вечной темноте. По этой причине небесное тело является невероятно горячей: температура на ее солнечной стороне поднимается выше 2,4 тысячи градусов по Цельсию.
Оказалось, что такое положение планеты около звезды придает ей необычное отличие: на ночной стороне ультрагорячего газового гиганта идут дожди из капель железа.
Так выглядит орбита WASP-76b.
WASP-76b обнаружили уже давно — в 2013 году. Она крутится в системе звезды, которая в 1,7 раза больше Солнца и в 1,5 раза тяжелее, причем газовый гигант расположен очень близко к ней, получая излучение в тысячи раз превосходящее то, которое получает Земля от Солнца. Планета совершает один оборот вокруг своей звезды за 1,8 земных дня, при этом она находится в приливном захвате, что значит, что на одной ее стороне царит вечный день, а на другой — ночь.
Температуры на обеих сторонах отличаются. На дневной она составляет 2,4 тысячи градусов по Цельсию, что заставляет испаряться все, включая металлы. Ученые выяснили, что на дневной стороне газового гиганта формируются и испаряются металлы, а ветер переносит пары металла на ночную сторону, из-за чего там идут дожди из железа.
Но это далеко не самые интересные осадки, которые бывают в далеких (и не очень) мирах.
Кислотный дождь
Венера считается «сестрой» Земли. Год на планете составляет 225,7 земных суток, но только вращается она в направлении, противоположном вращению других планет. Если бы Венера действительно была «сестрой», то она была бы очень злой и недружелюбной, ведь атмосферное давление на планете в 92 раза больше, чем на Земле. Представьте, что вас в плавках или купальнике погрузили в океан на глубину 900 метров — вот на Венере человек испытает такие же ощущения.
Вся атмосфера Венеры — это один гигантский ураган, а облака — просто куча серной кислоты. Собственно, отправиться на Венеру можно только для того, чтобы почувствовать «освежающий» и невероятный дождь из серной кислоты.
Источник фото: Flickr / Kevin Gill
Алмазный дождь
У Нептуна, Урана, Сатурна и Юпитера самые «богатые» дожди. Именно здесь образуются ливни из алмазов и алмазные айсберги, которые плавают в океанах жидкого углерода.
У Сатурна могут быть самые лучшие условия для этого. Сильные штормы на планете могут приводить к распаду молекул метала в его атмосфере, оставляя атомы углерода в свободном плавании. Впоследствии они начинают падать на поверхность планеты и во время полета превращаются в графит. В конечном итоге под давлением они трансформируются в крошечные алмазы (диаметр меньше миллиметра).
Так мы бы видели нашу Землю, если бы оказались на Сатурне.
Источник фото: NASA
Стеклянный дождь
Недалеко от нашего Солнца находится лазурная экзопланета HD 189733 A b. Температура на ней 930 градусов по Цельсию на светлой стороне и 425 — на темной. Наверное, даже потенциальные инопланетяне облетели бы эту планету стороной, ведь погода на HD 189733 A b смертельна.
Ветры там мчатся со скоростью два километра в секунду или 8,7 тысячи километров в час. Кроме того, без зонтика (очень плотного) туда лучше не соваться, ведь самое необычное явление на планете — дожди. Они состоят из кусочков стекла.
Источник фото: Wikimedia
Каменный дождь
Жуткая судьба постигла суперземлю COROT-7b в созвездии Единорога. Ее нашли в 2009 году, и тогда она считалась самой маленькой из известных экзопланет — всего в два раза больше Земли. Она расположена очень близко к светилу, обращаясь вокруг него за 20 часов, что делает год на этой планете одним из самых коротких из известных.
На освещенной стороне планеты находится огромный океан из лавы, который образуется при температуре плюс 2,6 тысячи градусов. Это выше температуры плавления большинства известных минералов, а атмосфера небесного тела состоит в основном из испарившегося камня. Поэтому лучше 20 раз подумать, прежде чем планировать полет на раскаленную экзопланету, ведь в случае дождя на вас обрушатся камни.
Так в понимании художника выглядит планета COROT-7b. Вид на местное Солнце живописный, но какова цена этой красоты.
Действительно ли на Сатурне и Юпитере случаются алмазные дожди
Мы знаем, что алмаз — самый твердый минерал, образующийся из сильно сжатого и нагретого углерода. На нашей планете алмазы образуются на глубине свыше 150 км под землей. Под влиянием вулканической магмы, которая приближает их к поверхности, образуются блестящие драгоценные камни.
Что происходит на Юпитере и Сатурне
Массивные размеры этих планет создают огромную гравитацию, давление и тепло. Плотная атмосфера обеих планет может сжимать углерод в воздухе и заставлять осыпаться алмазами. Они, по-видимому, создают впечатление падающих капель необычного дождя.
Однако раньше ученые считали атмосферу планет неподходящей для создания алмазов. Только после анализа физических факторов и моделирования поведения углерода они определили, что алмазный дождь весьма вероятен.
Все начинается с метана
На Сатурне, кстати, могут идти не только дожди, а целые «алмазные грады». Большая часть алмазов не крупнее 1 мм в диаметре, но могут встречаться настоящие громадины — минералы величиной до 10 см.
Кстати, вы знаете что находится в «Мире»? Об этой шахте алмазов в Якутии мы писали здесь.
Правда, не все так алмазно
В конце концов драгоценные камни погружаются вглубь планет, где невыносимое давление и высокая температура превращают алмазы снова в расплавленный углерод.
Так что не спешите строить планы по захвату планет-сокровищ, ведь обжигающий жар уничтожит любой земной корабль задолго до того, как он приблизится к облакам, полным сверкающих богатств. Недавно мы рассказывали, что произойдет с человеком в джинсах и футболке, который решит в таком виде отправиться на другую планету или на Солнце.
Вы бы хотели увидеть алмазный дождь своими глазами?
Планета Сатурн известная своими красивыми кольцами сейчас становится еще более известной благодаря гипотезе ученых о том, что на этой планете идут дожди из алмазов. К такому выводу пришли американские ученые Мона Делитски и Кевин Бейнс, которые исследовали атмосферу Сатурна. Согласно их версии, дождь из алмазов на Сатурне в действительности может идти и очень часто, при этом планета не тратит никаких ресурсов, а алмазы образуются прямо в атмосфере планеты.
Дождь из алмазов на Сатурне.
Такой специфичный дождь идет на Сатурне из-за его особого строения атмосферы и огромной силе тяжести, которые превращают обычный углерод в самый настоящий алмаз. Сатурн знаком нам по своей экзотической погоде и постоянными грозами, и молниями. Согласно гипотезе, молнии в верхних слоях атмосферы Сатурна превращают частицы метана в углерод. После этого эти частицы метана ждет долгое падение сквозь бесконечные облака планеты.
По мере своего приближения к ядру углерод твердеет и превращается в графит, похожий на тот, что люди используют в карандашах. Это происходит, примерно, после 1 600 км. проделанного пути. Спустя еще 6 000 км. графит подвергается еще большей силе тяжести планеты и, пролетая через водородную атмосферу, превращается в алмаз. Дождь из алмазов существует еще 30 000 км., но после этого, под воздействием огромной силы тяжести и огромной температуры алмазы превращаются в капли углерода.
Если это действительно так, то на довольно низкой высоте, возможно, есть целые океаны жидкого углерода.
Дождь из алмазов на других планетах.
Удивительно, но Сатурн – это не единственная планета, которая может обладать алмазным дождем. По подсчетам ученых такими дождями могут так же обладать все газовые гиганты нашей Солнечной системы. Ученые сверили атмосферные данные Юпитера и Сатурна, а также сравнили их силу тяжести. После этого они пришли к выводу, что более благоприятные условия для создания алмазного дождя, все-таки находятся на Сатурне. У Юпитера слишком большая сила тяжести и поэтому алмазов там формируется меньше и жизненный цикл их тоже меньше, чем на Сатурне.
Размеры инопланетных алмазов.
Дождь из алмазов на Сатурне и Юпитере может идти настолько часто, что за год Сатурн формирует 1 000 тонн алмазов. Но размеры этих алмазов весьма малы. Большинство алмазов не превышают размеров в 1 мм в поперечнике, но попадаются и относительно большие алмазы около 10 см в поперечнике. Все алмазы, вероятно, имеют форму квадрата или прямоугольника.
Эти данные основаны лишь на предположении ученых, экспериментальных данных, знании о фазах превращения углерода и компьютерном моделировании условий атмосфер газовых гигантов. «Мы собрали информацию из различных источников и сделали вывод, что алмазы могут существовать в глубине атмосфер Сатурна и Юпитера», — говорит Делитски.
Но, как и у любой теории, у них есть оппоненты.Планетолог Дэвид Стивенсон говорит о том, что в атмосфере этих газовых гигантов доля метана очень мала (меньше 0.5%) и говорить о том, что такая довольно малая, относительно водорода в атмосфере, масса скорее растворится в водороде, чем достигнет таких глубин, чтобы стать алмазом. Это все равно что бросить пару кристаллов сахара в стакан воды.
Но пока официальных доказательств нет, то сказать кто тут прав невозможно. Дождь из алмазов на Сатурне и Юпитере, возможно, еще долго останется в тени, пока какая-нибудь из сторон не покажет данные, которые бы подтверждали о существовании алмазного дождя или, напротив, о том, что его и быть никак не может в таких условиях.
Не забывайте комментировать статьи, делиться ими с друзьями и подписываться на рассылку. Я буду вам очень благодарен.
Источник фото: Flickr / Kevin Gill
Источник фото: NASA
Источник фото: Wikimedia
Источник фото: Wikimedia
