科學家用塑膠模擬許多行星下著「鑽石雨」,該技術有望成為製造「奈米鑽石」新方法

科學家用塑膠模擬許多行星下著「鑽石雨」,該技術有望成為製造「奈米鑽石」新方法
圖為該研究的實驗裝置示意圖|取自《Scirence Advance》期刊

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這項實驗可能指向一種製造奈米鑽石的新方法,這種鑽石在生活中應用愈來愈廣泛,例如藥物傳遞、醫療檢查、非侵入性手術和量子電子學。

(中央社)一群科學家利用常見的塑膠來模擬行星上可能出現的奇特「鑽石雨」,一般認為,天王星和海王星內部深處就存在這種現象。他們3日表示,這種現象在宇宙中可能比原先以為的更普遍。

法新社報導,科學家先前推論,極端高壓和高溫會在天王星和海王星這2顆「冰巨行星」表面下數以千計公里處,把碳和氫轉化為堅硬的鑽石。

如今一項刊登在《科學先端》(Science Advances)期刊上的新研究在碳氫混合物中加入氧氣,結果發現「鑽石雨」現象可能比先前以為的更普遍。

科學家以PET塑膠模擬鑽石雨,發現該現象可能比原先想的更普遍

一般認為,天王星和海王星這類「冰巨行星」是太陽系外最常見的行星型態,這意味著宇宙裡可能到處都有鑽石雨現象。

德國HZDR研究實驗室(HZDR research lab)的物理學者克勞斯(Dominik Kraus)是這項研究的共同作者之一,他說,鑽石雨和地球上的雨非常不同。

他解釋,一般認為行星表面下是「熱而稠密的液體」,鑽石在那裡形成後,緩慢沉到上萬公里深處、可能與地球差不多大小的岩石核心,然後構成厚達數百公里以上的鑽石層。

這些鑽石可能不像市面上的鑽石那樣切成八心八箭又閃閃發亮,但克勞斯說,促使這些鑽石形成的力量與地球上類似。

研究團隊為了重現這個過程,使用經常拿來包裝食品和飲料的PET塑膠,其中就含有碳、氫、氧等必要混合物。

克勞斯說,研究員使用的是非常乾淨的PET塑膠,但「原則上這項實驗應該也可以用可口可樂的瓶子執行」。

接著,研究團隊在美國加州SLAC國家加速器實驗室(SLAC National Accelerator Laboratory),用高功率光學雷射來照射塑膠。

克勞斯說,極短但極亮的X射線閃光,讓研究員得以觀察到肉眼看不見的「奈米鑽石」(nanodiamonds)形成過程。

他說:「那些行星上存在大量的氧,確實有助於從碳中吸走氫原子,所以鑽石其實更容易形成。」

該技術未來有望成為製造奈米鑽石的新方法

這項實驗可能指向一種製造奈米鑽石的新方法,這種鑽石在生活中應用愈來愈廣泛,例如藥物傳遞、醫療檢查、非侵入性手術和量子電子學。

SLAC國家加速器實驗室學者歐佛里-奧凱(Benjamin Ofori-Okai)也是研究共同作者,他說:「目前製造奈米鑽石的方法,是用炸藥去炸一堆碳或鑽石。雷射或許是一種更乾淨、更容易控制的製造方法。」

鑽石雨的研究仍只是假設,因為人類對太陽系最邊緣的天王星和海王星所知甚少。只有美國國家航空暨太空總署(NASA)的「旅行家2號」(Voyager 2)探測器曾在1980年代飛到這兩顆行星附近,當時傳回的資料目前仍用於研究。

已有一個NASA團隊打算針對天王星和海王星規劃新任務,可能於2030年代啟動。

克勞斯樂見這項發展,希望能藉此取得更多資料,就算要等上10年、20年也沒關係。

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責任編輯:賴冠伶
核稿編輯:翁世航


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