Ein Team internationaler Forscher führte ein Experiment durch, um die Bedingungen nachzubilden, die im tiefen Inneren der Planeten Uranus und Neptun zu finden sind. Beide Planeten bestehen größtenteils aus eisigem Gestein und eisbildenden Molekülen, daher werden sie auch als eisige Riesen. Während des Experiments entdeckten die Forscher eine Technik zur Herstellung echter Nanodiamanten aus gewöhnlichen PET-Plastikflaschen und bewiesen, dass die inneren Umgebungen von Eisriesen Diamanten hervorbringen.
PET oder (Polyethylenterephthalat) ist ein Polymer, das zur Herstellung von häufig verwendeten Kunststoffartikeln wie Brotdosen, Wasserflaschen, Produktverpackungen usw. verwendet wird. Es ist nicht genau das, was Sie in den tiefen Innenräumen von Uranus und Neptun erwarten würden Dominiert von einer komplexen Mischung aus leichten Elementen wie Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff bei extremen Druck- und Temperaturbedingungen, aber es ist ein anständiger chemischer Ersatz, da es Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff in geeigneten Anteilen enthält. Außerdem ist PET billig und verfügbar.
Also fanden die Forscher PET-Plastikflaschen ein großartiges Werkzeug, um die Zusammensetzung von Eisriesen im Labor nachzuahmen, und sie begannen zu experimentieren. Sie führten ein Experiment durch, das gemeinsam von Teams der französischen Ingenieurschule École Polytechnique, des deutschen Labors des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und der Universität Rostock durchgeführt wurde.
Die Technik, die PET-Kunststoff in Nanodiamanten verwandelt
Uranus und Neptun sind die kältesten Planeten in unserem Sonnensystem, die Oberflächentemperatur auf diesen Planeten könnte steigen bis auf -373°F gehen (-225 Grad Celsius). Auch der atmosphärische Druck im tiefen Inneren von Eisriesen soll millionenfach höher sein als der Druck auf der Erde. Um die Bedingungen im tiefen Inneren der Planeten nachzuahmen, feuerten die Forscher einen leistungsstarken Röntgenlaser namens Kohärente Linac-Lichtquelle (LCLS) an einem Stück PET.
Der Laser feuert jede Sekunde zehn Blitze ab und erhitzt das Kunststoffmaterial augenblicklich auf eine Temperatur von 6000 Grad Celsius. Obwohl die Planeten außen kalt sind, sind sie innen heiß und ihre Kerne erreichen diese Temperatur. Als der Laser auf die Plastikflasche traf, wurde auch eine Schockwelle erzeugt, die das Plastik mit einem Druck komprimierte, der dem von Uranus und Neptun entspricht. Der Prozess führte dazu, dass Diamanten aus der Plastikfolie in einen nahe gelegenen Wassertank platzten.
Die Wissenschaftler verwendeten die Röntgenbeugungsmethode (eine Technik, bei der Röntgenstrahlen zur Untersuchung von Kristallen auf atomarer und molekularer Ebene verwendet werden), um die Bildung von Diamanten zu bestimmen. Die Diamanten hatten einen Durchmesser zwischen 2 und 5 Nanometern. Auf die Frage, ob dieses Experiment wirklich zur Bildung echter Nanodiamanten geführt habe, antwortete Dominik Kraus, Professor für Physik hoher Energiedichte an der Universität Rostock ZME Wissenschaft:
„Die Nanodiamanten sind in der Tat Diamanten in Bezug auf die Kristallstruktur. Die gleiche Kristallstruktur wie auf vielen Trauringen, nur millionenfach kleiner. Also ja, das sind echte Diamanten. Auf der kurzen Zeitskala unserer Experimente haben sie nicht genug Zeit, um weiter zu wachsen. Im Inneren von Planeten, auf denen wir Wachstumszeiten von Millionen von Jahren haben könnten, könnten die Diamanten jedoch gigantisch sein (km oder größer).
In dieser Forschung steckt mehr als nur Diamanten
Die Forscher enthüllten auch, dass Sauerstoff in dem Experiment eine wichtige Rolle spielte. Das Gas förderte die Bildung von Nanodiamanten, indem es eine schnelle Spaltung von Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen der Kunststofffolie verursachte. Das Experiment bestätigte auch ihre frühere Theorie, die besagte, dass „Diamanten buchstäblich in den Eisriesen regnen“. Darüber hinaus sind die Ergebnisse dieser Studie nicht nur auf das tiefe Innere von Uranus und Neptun anwendbar, sondern auch auf viele andere ähnliche Planeten, die in unserer Galaxie existieren.
Professor Kraus schlägt vor, dass ihr Experiment auf einen sehr effizienten und skalierbaren Weg zur Herstellung von Nanodiamanten mit spezifischen Dotierstoffen in großen Mengen hindeutet. Solche mit anderen Elementen wie Stickstoff dotierten Nanodiamanten können als „Qubits“ im Quantencomputing und in der Quantenkryptographie verwendet werden. Er glaubt auch, dass der Diamantniederschlag, der im Inneren von Eisriesen auftritt, das Energiegleichgewicht dieser Planeten erheblich beeinflussen kann, da die sinkenden Diamanten Gravitationsenergie freisetzen und das Innere der Planeten aufheizen. Professor Kraus erläuterte weiter:
„Es wurde festgestellt, dass Planeten wie Uranus und Neptun, und etwas kleiner, die am häufigsten vorkommenden Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sind. Das Verständnis dieser Planeten wird daher auch dazu beitragen, weiter in das Innere vorzudringen, wo Leben außerhalb unseres Sonnensystems existieren könnte. Ein begrenzender Faktor ist natürlich die kurze Zeitskala (Nanosekunden) im Vergleich zu chemischen Prozessen auf planetaren Zeitskalen (Millionen von Jahren). Prozesse, die in Nanosekunden ablaufen, werden sich dann sicherlich in Millionen von Jahren abspielen.“
Die Forscher erwähnten in ihrer Studie, dass das Experiment möglicherweise auch zur Bildung von superionischem Wasser geführt hat (ein Wasserzustand, der bei extremen Temperatur-Druck-Bedingungen herrscht). Derzeit haben sie jedoch keine Beweise dafür, und daher besteht der nächste Schritt ihrer Forschung darin, das Vorhandensein von superionischem Wasser zu beobachten.
das lernen wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.