Представьте себе дождь из алмазов. Звучит сказочно, правда? Будто эпизод из диснеевского мультфильма. Правда, в реальности алмазные камешки больно били бы по голове, да и места, где такие дожди происходят, довольно далеки от Земли. Например, Нептун или Уран. А если вы узнаете об условиях, в которых с неба начинают падать алмазы, то для отпуска выберете место поближе и поспокойнее.

От теории к практике

При воздействии высокого давления (и температур) на других планетах даже знакомые вещества могут вести себя очень непривычно для нас. Например, на так называемых «ледяных гигантах», как Нептун и Уран, постоянно идут самые настоящие алмазные дожди. Ученые давно теоретически рассчитали такую возможность, предполагая, что эти планеты окружены густой атмосферой и содержат относительно маленькие раскаленные ядра, покрытые мантией из горячей воды под давлением, аммиака и метановых льдов. А недавно смогли смоделировать эти условия в лаборатории.

Дело в том, что, несмотря на название «ледяные гиганты», эти планеты на самом деле очень горячие. Конечно, в верхних слоях атмосферы температура очень низкая из-за отдаленности Солнца, но чем ближе к ядру, тем под воздействием давления становится все горячее. Именно такие перепады температуры и давления приводят к тому, что выделяются водород и углерод, образующие алмазные дожди примерно на 8000 км ниже внешней поверхности атмосферы.

Небо в алмазах

Чтобы смоделировать в лаборатории условия «ледяных гигантов», ученым пришлось добиться очень высоких температур и огромных давлений. Для этого они воспользовались лазером и пластиком из водорода и углерода, который был «дублером» метановых соединений на Нептуне и Уране. В результате эксперимента, который из-за сложности модели длился доли секунды, действительно удалось получить крошечные драгоценные камни.

Но на «ледяных гигантах» при более стабильных условиях с неба падают гораздо более крупные камни, образуя целые мощные «алмазные ливни». Алмазы размером в миллионы карат медленно погружаются сквозь мантию к ядру, образуя ближе к центру планеты толстый алмазный слой. То есть сами планеты оказываются огромной оправой для драгоценных камней.

Атмосферные слои у «ледяных гигантов» такие толстые, что даже лучшие исследовательские зонды пока не могут точно показать, что же происходит на этих загадочных планетах. Одно можно сказать точно: хотите «неба в алмазах», ждите, когда до Нептуна и Урана начнут пускать регулярные рейсы.

October 15th, 2013 , 09:13 pm

Согласно подсчетам американских ученых на Сатурне и Юпитере могут идти градом огромные алмазы.

По новым атмосферным данным газовых гигантов, углерод в своей кристаллической форме - не редкость на этих планетах. Более того, Юпитер и Сатурн содержат большие объемы этого вещества.

Разряды молний превращают метан в углерод, который во время падения твердеет, превращаясь через 1 600 км в глыбы графита (наподобие того, что мы используем в карандашах), а спустя еще 6 000 км эти глыбы становятся алмазами. Последние продолжают падать еще в течение 30 000 км.

Читайте также: На Уране и Нептуне есть алмазные океаны

В конце концов, алмазы достигают такой глубины, что высокие температуры горячих ядер планет просто плавят их и, возможно (хотя это пока нельзя утверждать) создается море жидкого углерода, сообщили на конференции ученые.

Самые большие алмазы имеют диаметр примерно 1 см , сообщил Доктор Кевин Бэйнс (Dr Kevin Baines) из Висконсинского университета в Мадисоне (University of Wisconsin-Madison) и Лаборатория Реактивного Движения НАСА (Nasa"s Jet Propulsion Laboratory).

За 1 год на Сатурне создаются более 1 000 тон алмазов .

Вместе со своим соавтором Моной Делинцки (Mona Delitsky) Бэйнс обнародовал пока еще не опубликованную находку на ежегодном собрании Отделения Американского астрономического общества в области планетарных наук в Денвере, штат Колорадо.

Юпитер и Сатурн

Бэенс и Делинцки проанализировали последние прогнозы по температуре и давлению внутри Юпитера и Сатурна, а также новую информацию о поведении углерода в разных условиях.

Они пришли к выводу, что кристаллы алмаза падают особенно много на Сатурне , где в итоге плавятся из-за высокой температуры ядра.

На Юпитере и Сатурне алмазы не вечны, чего нельзя сказать об Уране и Нептуне , у которых довольно низкие температуры ядер.

Данные еще будут проверены, но пока сторонние специалисты по изучению планет говорят о том, что нельзя исключать возможность алмазного дождя .

Где находят алмазы на Земле

Алмазы, так же как и другие драгоценные камни находят в тех частях Земли, где для их образования существуют необходимые условия.

Месторождение алмазов нуждается в присутствии определенных веществ и явлений, включая углерод, температуру, давление и большое количество времени.

Расплавленное ядро Луны в представлении художника

Hernán Cañellas

Лунное магнитное поле исчезло на миллиард лет позже, чем считалось ранее - сообщают американские планетологи в статье, опубликованной в журнале Science Advances . Ученые заявляют, что оно могло существовать еще 2,5 миллиарда лет назад. К такому выводу исследователи пришли, изучив образец лунных пород, полученный миссией «Аполлон-15» в 1971 году.

Сегодня у Луны нет глобального магнитного поля, однако так было не всегда. Считается, что в промежутке между 4,25 и 3,56 миллиардов лет назад, лунное магнитное поле было похоже на Земное. По мнению ученых, оно создавалось бурным движением жидкостей внутри расплавленного ядра спутника - это называется магнитным динамо. Однако до сих пор было неизвестно, когда именно лунное магнитное поле исчезло: в предыдущих работах планетологи не могли четко сказать, пропало ли оно совсем 3,19 миллиарда лет назад, или продолжало существовать, просто в более слабой форме.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Массачусетского технологического института провели анализ фрагмента лунных пород. Образец, представляющий собой брекчию преимущественно из расплавленного стекла и обломков базальта, был взят из кратера Дюна в районе Моря Дождей. Согласно анализу соотношения изотопов аргона, частицы базальта сформировались из потоков лавы примерно 3,3 миллиарда лет назад. Стеклянная матрица, связывающая фрагменты воедино, вероятно образовалась после падения на Луну метеорита примерно 1 - 2,5 миллиарда лет назад.

Однако что более важно, во время падения расплавились частицы железа внутри базальта - металл потерял свою исходную намагниченность. По мере остывания стекла железо остыло, обретя намагниченность по направлению магнитного поля Луны, подобно стрелке компаса, сохранив таким образом следы его влияния.

Планетологи исследовали 20 взаимно ориентированных металлических зерен, находившихся в образцах, которые доставили астронавты лунной миссии «Аполлон-15». Сначала ученые, используя высокочувствительный магнитометр, измерили природные магнитные свойства образцов. Важно заметить, что за 45 лет хранения на Земле, зерна частично изменили свою намагниченность под действием земного магнитного поля. Однако авторам удалось по косвенным признакам установить, что и до доставки на Землю зерна железа были намагничены в одну сторону. Затем в лабораторной печи, где было снижено содержание кислорода, ученые нагрели образцы до высоких температур (от 600 до 780 градусов Цельсия), параллельно подвергнув их воздействию магнитного поля с известной индукцией. Исследователи измеряли, как будет меняться намагниченность пород по мере увеличения окружающей температуры.

«Вы видите, как [образец] намагничивается при нагреве в магнитном поле с известной силой, а затем вы сравниваете это магнитное поле с природным магнитным полем, измеренным ранее, и благодаря этому вы можете узнать, каким магнитное поле было в древности», - комментирует один из авторов работы, Бенджамин Вайс (Benjamin Weiss).

Эксперимент показал, что 1 - 2,5 миллиарда лет назад Луна обладала магнитным полем с индукцией 5 микротесла. Это примерно на два порядка слабее, чем 3 - 4 миллиарда лет назад. Такая огромная разница, по мнению исследователей, может указывать, что за лунное динамо отвечало два разных механизма. В частности, авторы работы предполагают, что до 3,56 миллиарда лет назад магнитное динамо создавала орбитальная прецессия Луны, которая находилась гораздо ближе к Земле, чем сейчас. Затем, когда спутник отдалился от нас, вероятно в силу вступил другой процесс, который поддерживал слабое магнитное поле еще, около миллиарда лет. Исследователи предполагают, что это была термохимическая конвекция. Затем, когда ядро постепенно остыло, магнитное динамо угасло.

Сейчас исследователи планируют изучить более молодые образцы лунных пород, чтобы выяснить, когда лунное магнитное поле исчезло окончательно.

Недавно ученые подтвердили, существование магнитного поля для возникновения жизни на планете. Именно оно спасло атмосферу Земли от молодого Солнца. Кроме того, отсутствие магнитного поля считается одной из причин, по которой Марс свою газовую оболочку.

Кристина Уласович

Магнитное поле Земли постоянно защищает нас от заряженных частиц и излучения, которые приходят к нам от Солнца. Этот щит создается стремительным движением огромного количества расплавленного железа во внешнем ядре Земли (геодинамо). Для того, чтобы магнитное поле сохранилось до наших дней, в классической модели предусматривается охлаждение ядра на 3000 градусов по Цельсию в течение последних 4,3 миллиардов лет.

Однако, группа исследователей из Национального центра научных исследований Франции и Университета Блеза Паскаля сообщили, что температура ядра упала всего на 300 градусов. Действие Луны, игнорирующееся ранее, компенсировало разницу температур и поддерживало геодинамо. Работа опубликована 30 марта 2016 года в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Классическая модель формирования магнитного поля Земли породила парадокс. Для того, чтобы геодинамо работало, Земля должна была быть полностью расплавленной 4 миллиарда лет назад, а ее ядро должно было медленно охладится от 6800 градусов в тот момент до 3800 градусов сегодня. Но недавнее моделирование ранней эволюции внутренней температуры планеты вместе с геохимическими исследованиями состава старейших карбонатитов и базальтов не поддерживают такого охлаждения. Таким образом, исследователи предполагают, что у геодинамо имеется ещё один источник энергии.

Земля имеет слегка приплюснутую форму и наклонную ось вращения, которая качается вокруг полюсов. Ее мантия упруго деформируется из-за приливных эффектов, вызванных Луной. Исследователи показали, что этот эффект может постоянно стимулировать движение расплавленного железа во внешнем ядре, что в свою очередь генерирует магнитное поле Земли. Наша планета непрерывно получает 3700 миллиардов Вт мощности посредством передачи гравитационной энергии вращения системы Земля-Луна-Солнце, и более 1000 миллиарда Вт, как считают ученые, доступно для геодинамо. Этой энергии достаточно для генерации магнитного поля Земли, и вместе с Луной это объясняет главный парадокс классической теории. Влияние гравитационных сил на магнитное поле планеты уже давно подтверждено на примере спутников Юпитера Ио и Европы, а также для ряда экзопланет.

Поскольку ни вращение Земли вокруг совей оси, ни направление оси, ни орбита Луны не регулярны, их совокупный эффект является неустойчивым и может вызывать колебания в геодинамо. Этот процесс может объяснить некоторые тепловые импульсы во внешнем ядре и на его границе с мантией Земли.

Таким образом, новая модель показывает, что влияние Луны на Землю выходит далеко за рамки приливов и отливов.

Магнитное поле

Гравитационные эффекты, обусловленные наличием Луны и Солнца, вызывают циклическую деформацию мантии Земли, тем самым раскачивая её ось вращения. Это механическое воздействие, влияет на всю планету в целом и вызывает сильные токи во внешнем ядре, которое состоит из жидкого железа обладающего очень низкой вязкостью. Такие токи достаточны для создания магнитного поля Земли.

Магнитное поле Земли постоянно защищает нас от заряжённых частиц и излучения, которые порождаются Солнцем. Этот щит формируется благодаря геодинамо, быстрому движению огромных количеств жидкого сплава железа во внешнем ядре Земли. Для поддержания этого магнитного поля до сегодняшнего дня, согласно классической модели, требовалось наличие у Земли ядра, которое охладилось примерно на 3000°С за последние 4,3 млрд. лет.

Теперь же, команда исследователей из CNRS и университета Паскаля заявляет, что температура ядра упала всего на 300°C. Это связано с тем, что до сих пор учёными не учитывалось действие Луны, которая, как полагают, компенсировала эту разницу и поддерживала геодинамо в активном состоянии. Работа исследователей была опубликована 30 марта 2016 года в журнале Earth и Planetary Science Letters.

Классическая модель формирования магнитного поля Земли имеет парадокс: при работе геодинамо, ядро Земли, полностью расплавленное четыре миллиарда лет назад и имеющее на тот момент температуру около 6800°C на сегодняшний день, должно было бы остыть до 3800°C. Однако последние моделирования ранней эволюции внутренней температуры планеты, вместе с геохимическими исследованиями состава старейших карбонатитов и базальтов, не подтвердили такое охлаждение. Таким образом, исследователи предполагают, что у геодинамо имеется ещё один источник энергии.

Земля имеет слегка сплющенную форму и вращается вокруг наклонной оси, которая качается вокруг полюсов. Её мантия упруго деформируется из-за приливных эффектов, вызванных Луной. Исследователи показали, что этот эффект может непрерывно стимулировать движение жидкого сплава железа, составляющего внешнее ядро, и в свою очередь, генерировать магнитное поле Земли. За счёт передачи гравитационной энергии вращения системы Земля-Луна-Солнце Земля непрерывно получает 3700 млрд ватт мощности, из них более 1000 млрд ватт, как полагают исследователи, доступно для создания такого типа движения во внешнем ядре. Этой энергии достаточно для того, чтобы генерировать магнитное поле Земли, тем самым позволяя решить основной парадокс классической теории. Влияние гравитационных сил на магнитное поле планеты уже задокументировано на примере двух спутников Юпитера: Ио и Европы, а также для ряда экзопланет.

Поскольку ни вращение Земли вокруг своей оси, ни направление её оси, ни орбита Луны не являются постоянными, их совокупное влияние на движение в ядре является неустойчивым и может вызывать колебания в динамо. Этот процесс может объяснить наличие более тёплых областей во внешнем ядре и на его границе с мантией Земли. Что в свою очередь могло приводить крупным вулканическим событиям в истории Земли. Новая модель показывает, что влияние Луны на Землю выходит далеко за рамки простых приливов.