Planetaire wetenschap: waarom regenen diamanten op Uranus en Neptunus?
Waarom regenen diamanten op Uranus?
Diamantregen binnen de planeet Uranus
Bron: Europese XFEL / Tobias Wüstefel
Alleen in sprookjes valt geld uit de lucht. In feite kan het diamanten regenen, maar niet op aarde, maar alleen op ijzige planeten zoals Uranus en Neptunus. Door experimenten uitgevoerd in het röntgenlaboratorium hebben onderzoekers nu nieuwe inzichten in dit fenomeen verkregen.
ADiamanten kunnen neerregenen op ijzige planeten als Uranus en Neptunus. Experimenten uitgevoerd door een internationaal onderzoeksteam bij het Europese XFEL, een röntgenlaserlaboratorium in Schnefeld bij Hamburg, laten zien dat een dergelijke afzetting van edelstenen onder veel minder extreme omstandigheden kan plaatsvinden dan eerder werd aangenomen. De wetenschappers schreven in het tijdschrift Nature Astronomy dat diamantregen ook een belangrijke rol zou kunnen spelen bij het creëren van magnetische velden op dergelijke planeten.
De atmosfeer en mantel van grote ijzige planeten bevatten veel methaan, een gas waarvan de moleculen zijn gemaakt van koolstof en waterstof. Binnen planeten is de druk zo groot en de temperatuur zo hoog dat koolstof diamanten kan vormen – die vervolgens naar de diepere lagen van de planeet regenen.
Tot nu toe hebben planetaire onderzoekers aangenomen dat de omstandigheden die nodig zijn voor de vorming van edelstenen alleen diep in de mantel bestaan. Om dit te onderzoeken heeft het team onder leiding van Mungo Frost van SLAC-onderzoekscentrum Probeer het in de VS Europese exfil Om de omstandigheden binnen ijzige planeten te reproduceren.
Diamanten kunnen een dynamo-effect veroorzaken
Als basis gebruikten de onderzoekers een folie van polystyreen, een koolstofhoudend plastic. Een stukje van deze folie spannen ze uit tot een zogenaamde diamantstempelcel: de uiteinden drukken van boven en van onderen twee diamanten op het plastic. Omdat diamant erg hard is, kan op deze manier een zeer hoge druk op het monstermateriaal worden uitgeoefend – in dit geval tot 300.000 keer de atmosferische druk op aarde.
Met behulp van flitsen van een röntgenlaser bij de Europese XFEL verwarmden wetenschappers het materiaal ook tot temperaturen die typisch zijn voor ijzige planeten, namelijk meer dan 2200 graden Celsius. De röntgenflitsen dienden vervolgens een tweede doel: met behulp van röntgenverstrooiing van de gecomprimeerde film konden Frost en zijn collega's waarnemen wanneer zich onder extreme omstandigheden diamanten in het materiaal vormden.
Tot verrassing van het team ontstonden de diamanten onder omstandigheden die vergelijkbaar waren met die gevonden in de bovenste mantel van Uranus en Neptunus. Dit heeft gevolgen: edelstenen die uit de bovenste mantel vallen, kunnen stromen van elektrisch geleidend materiaal in de mantel van ijzige planeten opwekken; zulke stromen werken als een dynamo. ‘Diamantregen heeft waarschijnlijk een effect gehad op de vorming van de complexe magnetische velden van Uranus en Neptunus’, legt Frost uit.
De edelsteen is slechts een micron groot
De bevindingen van het team kunnen ook belangrijk zijn voor planeten in andere sterren. Tot de meest voorkomende planeten die tot nu toe zijn ontdekt, behoren de zogenaamde Mini-Neptunussen. Dit zijn planeten die kleiner zijn dan Neptunus, maar groter dan de aarde. Ze zijn meestal niet gemaakt van gesteente, maar zijn, net als gasvormige en ijzige planeten, gemaakt van vluchtige componenten zoals waterstof en methaan. In tegenstelling tot eerdere aannames zouden de omstandigheden daar ook daadwerkelijk voldoende kunnen zijn om diamantregen te garanderen.
Maar hoe groot zijn de diamanten die zich in zulke planeten vormen? “Dit is geen gemakkelijke vraag om te beantwoorden”, zegt Frost. “We observeren diamantkorrels in het micrometerbereik.” Een micrometer is een duizendste millimeter.
Maar onderzoekers creëren slechts gedurende een zeer korte tijd extreme omstandigheden. “In de loop van de geologische tijd kunnen diamanten veel groter worden”, vervolgde de onderzoeker. Er staan nu meer experimenten gepland.
“Aha!” “Ten Minutes of Everyday Knowledge” is de eigen kennispodcast van WELT. Elke dinsdag, woensdag en donderdag beantwoorden we alledaagse vragen uit de wetenschap. Abonneer je op de podcast op onder meer Spotify, Apple Podcast, Deezer, Amazon-muziek Of rechtstreeks via de RSS-service.