Ученые из Национальной лаборатории Сандия (США) впервые провели доскональное изучение алмазных соединений и их поведения в различных условиях. В ходе опытов физики установили, что при определенных обстоятельствах алмаз может принимать жидкую форму, свойства которой очень похожи на свойства обычной воды.
Это состояние, находящееся на границе кристаллической и расплавленной форм, поможет не только лучше узнать структуру и характеристики алмаза, но и раскроет тайны далеких планет.
"Алмазы можно назвать привычным для Земли химическим соединением. Однако для того чтобы его расплавить, недостаточно просто высокой температуры — необходимо также экстремально высокое давление, которое, в свою очередь, мешает регулировать нагрев", — говорит один из авторов исследования Герман Эггерт.
Ученым однажды удалось расплавить алмаз, но в ходе того эксперимента научная группа не смогла должным образом регулировать течение процесса и измерять параметры. Можно сказать, что результат того опыта получился случайно.
Алмазы — исключительно прочный материал, и одно только это превращает его плавление в сверхсложную задачу. Но, кроме того, есть еще одна особенность, которая делает процесс практически невозможным. Дело в том, что при повышении температуры алмазы не желают сохранять свою природу и меняют физические свойства, превращаясь в графит. И уже это соединение превращается в жидкость. Ученым пришлось пойти на хитрость — довести алмаз до того состояния, когда он начинает превращаться в графит, и удержать его в нем.
Газовые гиганты Уран и Нептун — один из немногих мест в известной нам части Вселенной, где сверхвысокие температуры сочетаются со сверхвысоким давлением. Чтобы воспроизвести подобные природные условия, Эггерт и его коллеги поместили натуральный алмаз весом десять карат и толщиной в полмиллиметра в лазерную установку, которая способна создавать гигантское давление.
При давлении в 40 миллионов раз выше, чем давление на Земле на уровне моря алмаз превратился в жидкую субстанцию. После этого ученые начали постепенно уменьшать давление и температуру в установке. На отметке в 11 миллионов раз превышающее нормальное давление на Земле и температуре около 50000 градусов Кельвина в алмазной жидкости начали образовываться твердые осколки. Опытным путем удалось установить, что процесс их формирования набирает обороты при понижении давления с одновременным поддержанием температуры на постоянном уровне.
Дальнейшее поведение образца поразило ученых. Алмазные крошки не слипались, а плавали в жидкой среде подобно тому, как айсберги плавают на просторах океанов.
Большинство материалов в жидкой форме обладают плотностью меньше, чем в твердой. Единственным исключением считается вода, поскольку плотность льда всегда меньше плотности воды в жидком состоянии. Расплавленный алмаз демонстрирует те же качества.
Анализ показывает, что Нептун и Уран на десять процентов состоят из углерода. Поэтому, считает Эггерт, существование на этих планетах алмазных морей вполне возможно. Мало того, подобные формирования отлично вписались бы в теорию, поскольку могут объяснить одну из интереснейших загадок этих газовых гигантов.
На Земле магнитные полюса практически совпадают с географическими полюсами. А на Уране и Нептуне ось магнитного поля резко смещена от оси вращения — разница составляет около 60 градусов. Существование алмазного океана, который способен отражать и преломлять магнитные волны, вполне могло бы дать объяснение подобному феномену.
Об алмазных морях и бриллиантовых берегах Урана и Нептуна рассказал сотрудник Института космических исследований доктор геолого-минералогических наук Илья Торбаев.
"С физической точки зрения предложенная модель не имеет явных изъянов. Да, мы привыкли к тому, что для Земли алмаз является уникальным минералом. Но эта уникальность обуславливается только отсутствием на нашей планете достаточных условий для формирования таких химических соединений.
Уран и Нептун, напротив, как будто бы созданы для синтеза подобных веществ. Высокое содержание углерода, экстремальное давление и высокая температура могли сделать так, что алмаз там стал так же распространен, как кремний на Земле. В то время как физико-химическая составляющая эксперимента Эггарта не вызывает никаких сомнений, астрономическая часть требует проверки и доказательств. Но их придется подождать — ближайшие экспедиции к Урану и Нептуну запланированы лишь на 2025-2030 годы".
"Алмазы можно назвать привычным для Земли химическим соединением. Однако для того чтобы его расплавить, недостаточно просто высокой температуры — необходимо также экстремально высокое давление, которое, в свою очередь, мешает регулировать нагрев", — говорит один из авторов исследования Герман Эггерт.
Ученым однажды удалось расплавить алмаз, но в ходе того эксперимента научная группа не смогла должным образом регулировать течение процесса и измерять параметры. Можно сказать, что результат того опыта получился случайно.
Алмазы — исключительно прочный материал, и одно только это превращает его плавление в сверхсложную задачу. Но, кроме того, есть еще одна особенность, которая делает процесс практически невозможным. Дело в том, что при повышении температуры алмазы не желают сохранять свою природу и меняют физические свойства, превращаясь в графит. И уже это соединение превращается в жидкость. Ученым пришлось пойти на хитрость — довести алмаз до того состояния, когда он начинает превращаться в графит, и удержать его в нем.
Газовые гиганты Уран и Нептун — один из немногих мест в известной нам части Вселенной, где сверхвысокие температуры сочетаются со сверхвысоким давлением. Чтобы воспроизвести подобные природные условия, Эггерт и его коллеги поместили натуральный алмаз весом десять карат и толщиной в полмиллиметра в лазерную установку, которая способна создавать гигантское давление.
При давлении в 40 миллионов раз выше, чем давление на Земле на уровне моря алмаз превратился в жидкую субстанцию. После этого ученые начали постепенно уменьшать давление и температуру в установке. На отметке в 11 миллионов раз превышающее нормальное давление на Земле и температуре около 50000 градусов Кельвина в алмазной жидкости начали образовываться твердые осколки. Опытным путем удалось установить, что процесс их формирования набирает обороты при понижении давления с одновременным поддержанием температуры на постоянном уровне.
Дальнейшее поведение образца поразило ученых. Алмазные крошки не слипались, а плавали в жидкой среде подобно тому, как айсберги плавают на просторах океанов.
Большинство материалов в жидкой форме обладают плотностью меньше, чем в твердой. Единственным исключением считается вода, поскольку плотность льда всегда меньше плотности воды в жидком состоянии. Расплавленный алмаз демонстрирует те же качества.
Анализ показывает, что Нептун и Уран на десять процентов состоят из углерода. Поэтому, считает Эггерт, существование на этих планетах алмазных морей вполне возможно. Мало того, подобные формирования отлично вписались бы в теорию, поскольку могут объяснить одну из интереснейших загадок этих газовых гигантов.
На Земле магнитные полюса практически совпадают с географическими полюсами. А на Уране и Нептуне ось магнитного поля резко смещена от оси вращения — разница составляет около 60 градусов. Существование алмазного океана, который способен отражать и преломлять магнитные волны, вполне могло бы дать объяснение подобному феномену.
Об алмазных морях и бриллиантовых берегах Урана и Нептуна рассказал сотрудник Института космических исследований доктор геолого-минералогических наук Илья Торбаев.
"С физической точки зрения предложенная модель не имеет явных изъянов. Да, мы привыкли к тому, что для Земли алмаз является уникальным минералом. Но эта уникальность обуславливается только отсутствием на нашей планете достаточных условий для формирования таких химических соединений.
Уран и Нептун, напротив, как будто бы созданы для синтеза подобных веществ. Высокое содержание углерода, экстремальное давление и высокая температура могли сделать так, что алмаз там стал так же распространен, как кремний на Земле. В то время как физико-химическая составляющая эксперимента Эггарта не вызывает никаких сомнений, астрономическая часть требует проверки и доказательств. Но их придется подождать — ближайшие экспедиции к Урану и Нептуну запланированы лишь на 2025-2030 годы".