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Wertvoller Regen: "Diamanten fallen vom Himmel" auf eisigen Riesenplaneten!

Dass Regen für das Leben im Allgemeinen wertvoll ist, weiß jeder, aber haben Sie sich jemals einen "Diamantregen" vorgestellt? Dies ist auf riesigen Eisplaneten häufiger der Fall, als wir denken.

Regen
Diamantregen auf eisigen Riesen. Kredit: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

Auf riesigen Eisplaneten regnet es häufiger, als wir uns vorstellen können. Wasser an sich ist schon sehr wertvoll, denn alles, was lebt, ist davon abhängig, aber können Sie sich einen "Diamantenregen" vorstellen?

Forscher des Stanford Linear Acceleration Center (SLAC) haben herausgefunden, dass Sauerstoff diese als exotisch geltende, aber auf riesigen Eisplaneten häufig vorkommende Ablagerung verstärkt, und haben einen neuen Weg zur Herstellung von Nanodiamanten auf der Erde gefunden.

Durch das Vorhandensein von Sauerstoff wird die Bildung von Diamanten wahrscheinlicher, und dies kann auf mehreren Planeten geschehen.

Zum ersten Mal konnte der "Diamantenregen" in einem Experiment beobachtet werden, bei dem die Forscher die Außentemperaturen und den Druck imitierten, die in der Natur in den Tiefen der Eisriesen Neptun und Uranus herrschen.

Was bisher bekannt ist

Die durchgeführte Studie lieferte ein vollständigeres Bild davon, wie sich dieser "Diamantregen" auf anderen Planeten bildet, und parallel dazu, wie er hier auf der Erde ein neuer Weg zur Herstellung von Nanodiamanten sein könnte, die eine Reihe von Anwendungen in den Bereichen Medikamentenverabreichung, medizinische Sensoren, nicht-invasive Chirurgie, nachhaltige Produktion und Quantenelektronik haben.

Laut Siegfried Glenzer, Direktor der SLAC-Abteilung für Hochenergiedichte, wurde in einer früheren Studie die Bildung von Diamanten aus einem beliebigen Gemisch direkt beobachtet, und seither gab es viele Experimente mit verschiedenen reinen Materialien. Der Wissenschaftler berichtet jedoch, dass es im Inneren der Planeten viel komplizierter und komplexer zugeht, weil viel mehr Chemikalien in der Mischung enthalten sind, und genau das wollen sie herausfinden: welche Art von Wirkung diese zusätzlichen Chemikalien haben.

In Zusammenarbeit mit SLAC veröffentlichte ein Team unter der Leitung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR), der Universität Rostock in Deutschland und der École Polytechnique in Frankreich die Ergebnisse der neuen Studie in Science Advances. Sehen Sie sich diese unten an.

Versuchen mit Plastik

Zuvor hatten die Forscher einen Kunststoff verwendet, der aus einem Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoff (Hauptbestandteile der chemischen Zusammensetzung von Neptun und Uranus) hergestellt wurde. Neben Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten die Eisriesen aber auch andere Elemente wie Sauerstoff.

Vor kurzem haben sich die Wissenschaftler für PET-Kunststoff entschieden, der häufig für Lebensmittelverpackungen, Flaschen und Behälter verwendet wird. Ziel war es, die Zusammensetzung der eisigen Planeten genauer wiederzugeben.

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Was die Wissenschaftler simulierten, war die Umgebung in den Tiefen der Planeten. Bild: HZDR / Blaurock

Dominik Kraus, Physiker am HZDR, sagte, dass PET ein gutes Gleichgewicht von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff aufweist und daher zur Simulation der Aktivität auf Eisplaneten verwendet wurde.

Der beste Verbündete des Diamanten ist der Sauerstoff

Ein optischer Hochleistungslaser wurde im MEC-Instrument (Matter in Extreme Conditions) an der Linac Coherent Light Source (LCLS) des SLAC eingesetzt, um Schockwellen in PET zu erzeugen, und anschließend untersuchten die Forscher mit Röntgenpulsen, was in dem Kunststoff geschah.

Mit einer Methode namens Röntgenbeugung beobachteten die Wissenschaftler, wie sich die Atome des Kunststoffs zu kleinen Diamantbereichen zusammenfügten, und konnten mit einer anderen, bisher noch nicht erprobten Methode, der Kleinwinkelstreuung, messen, wie schnell und wie groß diese Bereiche wuchsen.

Das überraschendste Ergebnis war die Feststellung, dass diese Bereiche des Diamanten nur wenige Nanometer breit waren und dass die Nanodiamanten durch die Anwesenheit von Sauerstoff im Material bei niedrigeren Drücken und Temperaturen wachsen konnten als bisher bekannt.

Gefrorene Riesenplaneten

Die neuen Erkenntnisse könnten unser Verständnis von Planeten in fernen Galaxien beeinflussen, da Wissenschaftler glauben, dass Eisriesen theoretisch die häufigste Form von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sind.

Es ist bekannt, dass der Erdkern überwiegend aus Eisen besteht, aber viele Experimente untersuchen noch immer, wie das Vorhandensein von leichteren Elementen die Bedingungen für die Fusion und den Phasenübergang verändern kann, wie Silvia Pandolfi, Wissenschaftlerin und Mitarbeiterin am SLAC, berichtet.

Der Wissenschaftler fügt hinzu: "Unser Experiment zeigt, wie diese Elemente die Bedingungen verändern können, unter denen sich Diamanten in Eisriesen bilden. Wenn wir Planeten genau modellieren wollen, müssen wir der tatsächlichen Zusammensetzung des Planeteninneren so nahe wie möglich kommen".