研究表明：土星和木星上的钻石是由于闪电雷暴而形成的

 

　　本周，研究人员宣布，尽管听起来就像是科幻小说，但是的确可能有多达1,000万吨钻石储存于土星和木星上。

 

　　观测到的证据表明，土星上的雷暴可以活跃地产生碳粒子；此外，新一轮室内实验和模拟显示了碳在极端环境下的特性。因此，两位科学家产生了这样的设想：土星和木星两颗行星都有可能为钻石的形成提供稳定的环境。

 

　　“我们现在知道，固体钻石所承受的最高限温是8,000°K，如果高出这个温度，钻石就会融化。而且，对于土星和木星内部的压力和温度分布，我们也能够测量得更加准确了，”威斯康星大学麦迪逊分校的行星科学家凯文·贝恩斯(Kevin Baines)说，“这两个情况结合在一起，首次向我们表明：固体钻石可能存在于两颗行星大范围的纵向区域中。”本周，在科罗拉多州丹佛市举行的一次会议上，研究人员提交了这篇研究论文，贝恩斯是该论文的合作者。

 

　　根据较早期的理论，只有天王星和海王星才被认为是可以产生钻石的行星。科学家们提出：那两颗行星上的高温和高压或许能够将大气中的甲烷直接转化为钻石，然后降落到两颗行星的内部。

 

　　据科学家们推测，土星和木星的温度要低得多，甲烷也要少得多。因此，他们通常认为这两颗行星不具备产生这些宝石的能力。

 

　　在土星的大气中，大约有0.5%为甲烷;在木星的大气中，只有大约0.2%为甲烷。然而，在天王星和海王星上，将近15%的大气都是由甲烷构成的。

 

　　根据贝恩斯所说，“卡西尼”号太空船在土星的上层云团中发现过巨型闪电雷暴，在木星上也发现过同样的闪电雷暴，这些巨型闪电雷暴可能是导致钻石形成的主要事件。从红外图片上所看到的黑色风暴区域被认为是甲烷分子分解成碳的区域，这种碳极有可能就是烟灰颗粒。

 

　　这个新理论指出：一旦烟灰颗粒形成，非结晶碳就会在大气中下沉，一直到达密度相同的高度，然后在不断增加的压力下转化成为石墨;石墨继续下降到土星更深层的大气中，直到压力和温度不断积累，将石墨转化成为固体钻石。

 

　　“这样，每年会产生大约1,000吨钻石。我估计，在30,000公里厚的含钻层中，以这种方式形成的钻石有大约1,000万吨，”贝恩斯说。

 

　　液体钻石的海洋

 

　　在木星大气的最深层，那里的环境非常极端，事实上钻石有可能形成一个液体钻石的海洋。贝恩斯说：“在钻石融化的那一层之下，含有原子氢和电离氢的大气变得极具破坏力，很可能那里的液体钻石已被转化成为其他材料了。”

 

　　然而，在天王星和海王星的内部，温度要低得多，从来都达不到8,000°K，因而在这些比较遥远的行星上，钻石很可能永远都不会融化。

 

　　“因此我们可以说，钻石很可能会永远地存在于天王星和海王星上，但不会永远存在于土星和木星上，”加州帕萨迪纳市加州特色工程处的行星科学家、研究论文的第一作者莫娜·戴丽特斯基(Mona Delitsky)说。

 

　　但是，亚利桑那大学的行星科学家威廉·哈伯德(William Hubbard)对这项研究中提出的碳化学过程表达了自己的怀疑态度。他认为，土星上的闪电雷暴所产生的烟灰太少，不足以形成钻石，而且随着飘落到更深层次的大气中，烟灰很可能会被不断增加的压力和不断升高的温度破坏掉。“受热而分解的碳可能仅仅跟氢一起形成一种溶液，但不会析出而成为钻石，”哈伯德说。

 

　　“钻石冰山”

 

　　关于这些宇宙钻石可能会有多大，都是基于推测的。戴丽特斯基认为，这些钻石最初的大小可能只有一微米，就如同闪电产生的烟灰颗粒一般大。随着下降到行星更深层的内部区域，这些颗粒逐渐增大，很像雨滴一般，最终形成起码像豌豆一样大的宝石……有些变得如此之大，甚至都可以称之为“钻石冰山”了！

 

　　“这些钻石很可能要比纳米级钻石大得多，有可能是相当大的厚块，你可以将其握在手中，”戴丽特斯基接着说，“在久远的未来，机器人探测器将有可能到这些气态巨星的大气深处，去开采这些钻石。”

 

　　这篇研究论文被提交到美国天文学会行星科学分会第45届年会上。

 

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　　人们30年前就已知道，在天王星和海王星核心处可能有稳定的钻石，而木星和土星则被认为是气温偏高，或条件不适合而无法让固体钻石降落下来。最新公布的数据也证实，在土星深处可能有大块钻石围绕着它漂浮，有些钻石生长得太大，甚至可称为“钻石山”。

 

　　木星和土星都属于气体巨行星，主要成分是氢和氦。加利福尼亚专业工程行星科学家莫纳·德里斯基和威斯康星-麦迪逊大学的凯文·拜恩斯汇编了最近的有关碳相图数据，并结合新出版的木星与土星绝热线进行了计算，认为在两者内部深处，应该有稳定的钻石。而且，在海拔低于钻石稳定态的区域，压力和温度非常高，能将钻石融化，形成钻石雨或液体钻石。

 

　　德里斯基和拜恩斯的报告表明，在土星巨大的闪电风暴中，可能形成煤烟或石墨烯形式的碳元素，下降到行星内部，在深海拔处被挤压成钻石，然后在接近行星核的地方，被融化成液体钻石。