据国外媒体报道,据悉,科研人员模拟气体冰巨星天王星和海王星的地理条件,进行了高压实验。实验结果推测,天王星和海王星内部可能存在“金刚石海洋”,磁场偏离有根可循。
已有理论根基
众所周知,金刚石是最坚硬的自然材料。近几年来,不管是实验结果还是理论资料,都证实了纯碳存在于这些巨星的内部。而了解碳在高压和高温下的状态对于预测碳的演变以及深度认知碳的结构是至关重要的。现有的理论知识推测,天王星和海王星都有着被冰地幔裹着的结实内核。这里的冰地幔由水、氨和甲烷冰块构成。
最新实验结果
据悉,这个新实验由劳伦斯利弗莫尔光电科学国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的乔恩·艾格特(Jon Eggert)领导。科学家们在罗契斯特大学(University of Rochester)实验室里,使用强力欧米加激光作用于直径仅2毫米、厚度为0.5毫米的金刚石,以使其绝对温度和压强分别达到110000开氏度和40000亿帕斯卡。这个压强相当于40兆巴,是人们站在海平面时感受到的压力的4000万倍。
当科学家们观察到压强在衰减的时候,他们发现温度在上升。对此种现象,艾格特表示:“这就意味着一种很强的能量正在渗入金刚石,也就是我们说的金刚石正在溶化。然而真正令我们激动的是我们可以在600万到1100万帕的强压范围内测量出金刚石溶化物的温度和压强。”在这个压力范围内,金刚石展现出来的状态某种意义上更像水,因为固溶体比液体来得稀。不仅如此,科学家还在液体碳的表面发现了漂浮着的小块金刚石,就像冰漂浮在水面上。
这个研究结果第一次提供了金刚石熔点的准确测量值。不仅如此,这个发现还能帮助解释天王星和海王星磁场的偏离方向问题。
实验结果演绎
当然这个“高压下金刚石状态”的新认识也同样适用于冰巨星天王星和海王星的内部条件状况下。如此一来,我们是否可以推测在我们太阳系的外部也存在着大片液体金刚石海洋?对于这个问题,艾格特回答道:“这只是一个推测,我认为更有可能的是一个液体碳核被漂浮的金刚石固体或者‘金刚石冰山’所包裹。这时候,‘金刚石是否会分裂成小块’只是纯粹的推测。”
无论如何,一个打旋的内部金刚石海洋可能正好解释了长期以来的谜题,那就是为什么这两颗冰巨星的磁极可以偏离它们的地理两极高达60度。行星磁场的形成源于行星电力传导区存在着复杂的液体运动,而金刚石可以倾斜电力传导区以吻合这些行星磁场的观测方向。
然而,在我们全面了解这些太阳系外部行星的内部结构以及它们磁场的驱动源前,许多方面因素仍在不断介入。艾格特这样说道:“很有可能天王星或者海王星中心附近温度和压强是不稳定的四散的,所以它们的水、氨、甲烷的混合物分离成深处的氢、碳、氮、氧和氦。这些元素要么混合,要么分离。到目前为止,这还没有得到实验测试,因为只有到最近我们才能够在实验室中创造这些高压和高温来做这类实验,但是将来我们一定会做有关这类混合物的实验。”