Sì, c’è davvero una “pioggia di diamanti” su Urano e Nettuno

Questa illustrazione mostra la pioggia di diamanti su Nettuno. (Credito immagine: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

I giganti del ghiaccio Urano e Nettuno non ricevono abbastanza pressione; tutta l'attenzione va ai loro fratelli maggiori, il potente Giove e il magnifico Saturno.

A prima vista, Urano e Nettuno sono solo blande, noiose palle di molecole poco interessanti. Ma nascosto sotto gli strati esterni di quei mondi, potrebbe esserci qualcosa di spettacolare: una pioggia costante di diamanti.

"giganti di ghiaccio" può evocare l'immagine di una creatura in stile Tolkien, ma è il nome che gli astronomi usano per classificare i pianeti più esterni del sistema solare , Urano e Nettuno.

In modo confuso, tuttavia, il nome non ha nulla a che fare con il ghiaccio nel senso che normalmente lo riconosceresti come, ad esempio, nei cubetti di ghiaccio nella tua bevanda. La distinzione deriva da ciò di cui sono fatti questi pianeti. I giganti gassosi del sistema, Giove e Saturno , sono fatti quasi interamente di gas: idrogeno ed elio. È attraverso il rapido accrescimento di quegli elementi che questi enormi pianeti sono riusciti a gonfiarsi fino alle dimensioni attuali.

Al contrario, Urano e Nettuno sono costituiti principalmente da acqua, ammoniaca e metano. Gli astronomi chiamano comunemente queste molecole "ghiacci", ma in realtà non c'è una buona ragione per questo, tranne che quando i pianeti si sono formati per la prima volta, quegli elementi erano probabilmente in forma solida.

Nelle (non così) gelide profondità

Nelle profondità delle nuvole verdi o blu di Urano e Nettuno, c'è molta acqua, ammoniaca e metano. Ma questi giganti di ghiaccio probabilmente hanno nuclei rocciosi circondati da elementi che sono probabilmente compressi in stati quantistici esotici. Ad un certo punto, quella stranezza quantistica si trasforma in una "zuppa" super pressurizzata che generalmente si assottiglia man mano che ci si avvicina alla superficie.

Ma a dire il vero, non sappiamo molto degli interni dei giganti di ghiaccio. L'ultima volta che abbiamo ottenuto dati ravvicinati di quei due mondi è stato tre decenni fa, quando Voyager 2 è sfrecciato nella sua missione storica.

Da allora, Giove e Saturno hanno ospitato molteplici sonde orbitanti, ma le nostre opinioni su Urano e Nettuno si sono limitate alle osservazioni del telescopio.

Per cercare di capire cosa c'è dentro quei pianeti, astronomi e scienziati planetari devono prendere quei magri dati e combinarli con esperimenti di laboratorio che cercano di replicare le condizioni degli interni di quei pianeti. Inoltre, usano molto della buona matematica vecchio stile. La modellazione matematica aiuta gli astronomi a capire cosa sta succedendo in una determinata situazione sulla base di dati limitati.

Ed è attraverso quella combinazione di modelli matematici ed esperimenti di laboratorio che ci siamo resi conto che Urano e Nettuno potrebbero avere la cosiddetta pioggia di diamanti.

Piovono diamanti

L'idea della pioggia di diamanti è stata proposta per la prima volta prima della missione Voyager 2 lanciata nel 1977. Il ragionamento era piuttosto semplice: sappiamo di cosa sono fatti Urano e Nettuno e sappiamo che le cose diventano più calde e più dense più si va in profondità in un pianeta . La modellazione matematica aiuta a riempire i dettagli, come il fatto che le regioni più interne dei mantelli di questi pianeti abbiano probabilmente temperature intorno ai 7.000 kelvin (12.140 gradi Fahrenheit o 6.727 gradi Celsius) e pressioni 6 milioni di volte quella dell'atmosfera terrestre .

Quegli stessi modelli ci dicono che gli strati più esterni dei mantelli sono leggermente più freschi di 2.000 K (3.140 F o 1.727 C e pressurizzati un po' meno intensamente (200.000 volte la pressione atmosferica terrestre). Quindi, è naturale chiedersi: cosa succede all'acqua, all'ammoniaca e metano a quei tipi di temperature e pressioni?

Con il metano, in particolare, le intense pressioni possono frantumare la molecola, liberando carbonio. Il carbonio poi trova i suoi fratelli, formando lunghe catene. Le lunghe catene si stringono poi insieme per formare motivi cristallini come diamanti.

Le dense formazioni di diamanti scendono quindi attraverso gli strati del mantello fino a quando non diventa troppo caldo, dove vaporizzano e galleggiano di nuovo e ripetono il ciclo da cui il termine "pioggia di diamanti".

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Diamanti coltivati ​​in laboratorio

Il modo migliore per convalidare questa idea sarebbe inviare un This Webcraft a Urano o Nettuno. Non sarà un'opzione a breve, quindi dobbiamo seguire il secondo modo migliore: gli esperimenti di laboratorio.

Sulla Terra , possiamo sparare potenti laser su bersagli per replicare molto brevemente le temperature e le pressioni che si trovano all'interno dei giganti di ghiaccio. Un esperimento con il polistirene (alias Styrofoam) è stato in grado di realizzare diamanti di dimensioni nanometriche . No, Urano e Nettuno non contengono grandi quantità di polistirene, ma la plastica era molto più facile del metano da maneggiare in laboratorio e, presumibilmente, si comporta in modo molto simile.

Inoltre, Urano e Nettuno possono mantenere quelle pressioni molto più a lungo di un laser da laboratorio, quindi i diamanti potrebbero presumibilmente crescere fino a diventare molto più grandi di nano-dimensioni.

Il risultato finale? Sulla base di tutto ciò che sappiamo sulla composizione dei giganti di ghiaccio, sulle loro strutture interne, sui risultati di esperimenti di laboratorio e sulla nostra modellazione matematica, la pioggia di diamanti è una cosa molto reale.

Paul M. Sutter è un astrofisico del SUNY Stony Brook e del Flatiron Institute, conduttore di " Chiedi a questo Webman " e " Questa web radio " e autore di " Come morire in questo Web ".

Scopri di più ascoltando il podcast "Ask A This Webman", disponibile su iTunes (si apre in una nuova scheda) e askaspaceman.com . Fai la tua domanda su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter .

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