Thời tiết trên hành tinh của chúng ta không tồi tệ và khắc nghiệt như chúng ta nghĩ. Mới đây, các nhà nghiên cứu đã xem xét những tảng băng khổng lồ ở sao Hải Vương và sao Thiên Vương.
Áp lực mạnh mẽ và nhiệt độ siêu nóng của hai ngôi sao này được cho là nguyên nhân gây ra những cơn mưa kim cương. Và các nhà khoa học đang nghiên cứu để tái tạo lại hiện tượng này trên Trái Đất.
Bằng cách sử dụng các tia laser quang học có năng lượng cao để làm nóng polystyrene (một loại nhựa nhẹ và chắc; có tính cách điện, nhiệt tốt; thường dùng làm các đồ chứa, đựng), các nhà nghiên cứu có thể tạo ra những cơn mưa kim cương và nghiên cứu chúng trong phòng thí nghiệm.
Kết quả của nghiên cứu có thể giúp chúng ta hiểu hơn về điều kiện trên các hành tinh như sao Hải Vương và sao Thiên Vương.
Theo nhóm nghiên cứu ở các viện nghiên cứu trên khắp nước Đức và Hoa Kỳ thì kết quả này cũng rất hữu ích trong giáo dục. Nó củng cố những giả thuyết của các nhà khoa học về các quy trình hóa học đang diễn ra bên trong các tảng băng khổng lồ của Hệ Mặt Trời và những khu vực xa hơn.
Nhà nghiên cứu hàng đầu Dominik Kraus thuộc Viện nghiên cứu Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf ở Đức cho biết: "Trước đây, các nghiên cứu chỉ có thể cho biết sự hình thành của kim cương.
Và khi tôi nhìn thấy kết quả của thí nghiệm mới nhất này, đây trở thành một trong những khoảnh khắc tuyệt vời nhất trong sự nghiệp khoa học của tôi".
Các nhà khoa học cho rằng, áp lực dữ dội trên sao Hải Vương và sao Thiên Vương đã đẩy hydro và carbon để tạo thành những cơn mưa kim cương. Tất cả hiện tượng này xảy ra ở độ cao khoảng 8.050 km bên trên bề mặt.
Không có polystyrene trên các hành tinh này nhưng ở đây hiện diện một hóa chất phù hợp để tạo thành hợp chất polystyrene. Chúng được hình thành từ metan và được tìm thấy rất nhiều trên sao Hải Vương và Thiên vương.
Để tái tạo hiện tượng này, các nhà khoa học đã tạo ra hai sóng điện trong nhựa polystyrene. Họ sử dụng một dụng cụ được gọi là Matter in Extreme Conditions tại Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia SLAC để tạo ra một lượng nhiệt lớn.
Khi hai cơn sóng điện va chạm với nhau, chúng tạo ra nhiệt độ khoảng 8.540 độ C và áp suất khoảng 150 GPa (gần một nửa áp suất ở lõi Trái Đất). Các nhà nghiên cứu cho rằng những thông số này tương tự với các điều kiện được cho là tồn tại ở sao Hải Vương và sao Thiên Vương.
Kết quả cho thấy, gần như mọi nguyên tử cacbon trong nhựa kết hợp với nhau tạo thành cấu trúc kim cương, tuy nhiên chúng chỉ rộng vài nanomet. Nhưng các nhà khoa học cho biết: ở trên sao Hải Vương và Thiên vương, kim cương được tạo thành có thể nặng đến hàng triệu cara.
"Thời gian thử nghiệm rất ngắn, và việc tạo ra kim cương trong phòng thí nghiệm thật sự rất đáng ngạc nhiên" - Dominik Kraus, một trong những nhà nghiên cứu nói.
Quan sát được hiện tượng này có thể giúp các nhà khoa học tính toán kích cỡ của các hành tinh bên ngoài Hệ Mặt Trời của chúng ta - nó thường được đo bằng mối quan hệ giữa khối lượng và bán kính. Thành phần hóa học của một hành tinh có thể giúp thực hiện những tính toán đó một cách nhanh chóng.
Trên hết, thí nghiệm mưa kim cương này có thể giải thích một trong những bí ẩn: Tại sao những tảng băng khổng lồ lại có thể tạo ra nhiệt độ cao hơn chúng ta nghĩ.
"Những viên kim cương sẽ rơi xuống bởi vì chúng nặng hơn môi trường xung quanh. Khi chúng rơi, sẽ có sự va chạm với môi trường xung quanh, và tại một số điểm chúng sẽ dừng lại khi chạm tới lõi - tất cả điều này tạo ra nhiệt", Kraus cho biết.
Các nhà khoa học cũng hy vọng nghiên cứu sẽ giúp sản xuất kim cương trên Trái Đất. Đặc biệt, nếu được phát triển, các viên kim cương nhân tạo được tạo ra nhờ chất nổ có thể được thực hiện hiệu quả hơn bằng tia laser.
Cho đến bây giờ, đây là một ví dụ khác về cách khoa học có thể giúp chúng ta khám phá các hành tinh cách xa hàng tỷ cây số mà thậm chí chúng ta không có cơ hội nào để viếng thăm chúng.
Kraus nói: "Chúng ta không thể vào trong hành tinh và quan sát chúng, vì vậy những thí nghiệm như thế này sẽ bổ sung cho các quan sát thu được từ vệ tinh và kính thiên văn".
Nghiên cứu đã được xuất bản trên tờ Thiên văn học Tự nhiên.