Звучит как строчка из фантастического романа, но у планетологов дождь из алмазов — вполне серьёзная, просчитанная тема: по современным моделям, такие осадки идут сразу на четырёх планетах Солнечной системы — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. При этом доказательная база для газовых гигантов и ледяных гигантов различается, а сам механизм рождения алмазов на Юпитере и Сатурне отличается от того, что происходит на Уране и Нептуне. Разберёмся, как и почему внутри планет-гигантов идёт настоящий алмазный дождь.
На каких планетах идёт дождь из алмазов
Общее условие для алмазного дождя — атмосфера, богатая метаном (соединением углерода и водорода), и колоссальное давление в глубоких слоях, способное превратить освободившийся углерод в кристаллическую решётку алмаза. Таким условиям соответствуют сразу четыре планеты Солнечной системы.
| Планета | Статус гипотезы |
|---|---|
| Юпитер | Подтверждено расчётами (2013 год), прямых экспериментов по самой планете нет |
| Сатурн | Подтверждено расчётами (2013 год), прямых экспериментов по самой планете нет |
| Уран | Подтверждено лабораторным экспериментом (2017 год) |
| Нептун | Подтверждено лабораторным экспериментом (2017 год) |
Как рождаются алмазы: от молний до кристаллов
На Юпитере и Сатурне алмазы, по расчётам учёных, образуются не из метана напрямую, а из сажи. Мощнейшие грозы в атмосфере этих планет — а на Сатурне бывают одни из самых сильных гроз в Солнечной системе — расщепляют метан на копоть и графит. Опускаясь всё глубже под собственным весом, эти частицы углерода попадают в зону колоссального давления и температуры, где кристаллизуются в твёрдые алмазы; по расчётам, некоторые кристаллы могут вырасти настолько крупными, что учёные в шутку назвали их «айсбергами из алмазов» (diamondbergs).
Интересно, что ещё за 30 лет до этого планетологи вообще исключали такую возможность для Юпитера и Сатурна: считалось, что внутри этих планет слишком жарко для устойчивых твёрдых алмазов, и подобное допускали только для куда более холодных Урана и Нептуна. Ситуацию изменили новые расчёты 2013 года: планетологи Мона Делицки (California Specialty Engineering) и Кевин Бэйнс (Университет Висконсин-Мэдисон), опираясь на обновлённые данные об устойчивости углерода при экстремальном давлении (в том числе на эксперименты с ударными волнами в национальных лабораториях Сандия и Лоуренса Ливермора), показали, что алмазы всё же способны формироваться и на Юпитере, и на Сатурне.
Почему на Юпитере и Сатурне алмазы в итоге тают, а на Уране и Нептуне — нет
Здесь и кроется главное отличие. Сами авторы исследования 2013 года сформулировали его так: «алмазы вечны на Уране и Нептуне, но не на Юпитере и Сатурне». На более холодных ледяных гигантах — Уране и Нептуне — твёрдые кристаллы алмаза остаются стабильными практически до самого ядра планеты. А вот на Юпитере и Сатурне, которые заметно горячее внутри, твёрдые алмазы существуют только в определённом промежуточном слое: опускаясь ещё глубже, они попадают в зону настолько высоких температур, что тают, превращаясь в слой жидкого алмаза ближе к ядру планеты.
Как это подтвердили экспериментально — но пока только для Урана и Нептуна
В 2017 году команда учёных из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) смогла напрямую воспроизвести условия, характерные для недр Урана и Нептуна, в лаборатории: мощными рентгеновскими лазерными импульсами по пластику, содержащему углерод и водород, создавали ударные волны, имитирующие давление и температуру ледяных гигантов. В результате в образце действительно начали формироваться крошечные наноалмазы — это стало первым прямым лабораторным подтверждением гипотезы, которую планетологи обсуждали ещё с начала 1980-х годов. Позднее, в 2020 году, исследователи из Стэнфордского университета уточнили механизм этого процесса и опубликовали результаты в журнале Nature Communications.
А правда ли, что алмазные дожди идут на Венере
Нет, это не подтверждается наукой. Атмосфера Венеры почти полностью состоит из углекислого газа, а не из метана, и не имеет глубоких слоёв с нужным для образования алмазов сочетанием давления, температуры и состава. На Венере действительно идут особые дожди — из капель серной кислоты, — но они испаряются от чудовищной жары планеты, не долетая до поверхности, и не имеют никакого отношения к алмазам.
- Добывать алмазы с Юпитера пока некому
Сами авторы исследования 2013 года в шутку рассуждали, что в будущем роботизированные зонды теоретически могли бы «добывать» алмазы в недрах Юпитера и Сатурна — но на практике таких технологий не существует, а сесть на планету без твёрдой поверхности попросту невозможно.
- Гипотезе о ледяных гигантах больше 40 лет
Предположение о том, что в недрах Урана и Нептуна может образовываться алмаз, планетологи высказывали ещё в начале 1980-х годов — то есть между первой гипотезой и её экспериментальным подтверждением прошло почти 40 лет.
- Кислород ускоряет рождение алмазов
По данным исследования Стэнфордского университета, присутствие кислорода в смеси льдов Урана и Нептуна облегчает и ускоряет процесс образования алмазов из углеродных соединений.
Главное про алмазные дожди на планетах-гигантах
Дождь из алмазов, по современным научным моделям, идёт сразу на четырёх планетах Солнечной системы — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне, — но доказательная база различается. На Уране и Нептуне гипотезу в 2017 году подтвердили прямым лабораторным экспериментом учёные из SLAC, а твёрдые алмазы там остаются стабильными почти до самого ядра. На Юпитере и Сатурне, где внутри заметно горячее, алмазы образуются из сажи, рождённой мощнейшими грозами, но при дальнейшем погружении тают, превращаясь в слой жидкого алмаза, — эту картину планетологи Делицки и Бэйнс рассчитали лишь в 2013 году, до этого 30 лет считая Юпитер и Сатурн слишком горячими для подобного явления. А вот алмазные дожди на Венере — не более чем миф: её атмосфера устроена совершенно иначе.
Источники: M. L. Delitsky (California Specialty Engineering) и K. H. Baines (University of Wisconsin-Madison), исследование фазовой стабильности углерода в недрах Юпитера и Сатурна (2013, книга «Alien Seas», Springer); Национальная ускорительная лаборатория SLAC — экспериментальное подтверждение образования наноалмазов в условиях недр Урана и Нептуна, журнал Nature Astronomy (2017); Стэнфордский университет — механизм формирования алмазов, журнал Nature Communications (2020).
