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海王星和天王星是太陽系中的氣態巨行星，同時也是八大行星中距離太陽最遙遠的兩顆行星。天文學家在過去長期的研究中發現，海王星和天王星上存在著超強高壓，能輕易把碳原子壓成鑽石。然而從目前對兩顆行星的探測情況來看，它們含有的碳元素僅有1%左右。
如果以地球為參考對象的話，那麼行星要形成鑽石至少需要碳元素達到15%左右，很明顯天王星和海王星都達不到，因此長期以來科學家們認為這兩顆行星上並沒有人們所期待的鑽石堆積如山。
然而根據美國《Science Alert》科學期刊6月29日的報導，美國斯坦福直線加速器中心的一支研究團隊發布最新研究成果，該成果表示天王星和海王星內部可能在下「鑽石雨」。
鑽石是如何形成的？
學過中學化學的朋友應該知道，鑽石和金剛石在本質上都是結晶碳。最早對鑽石本質進行解密的是法國化學家拉瓦錫，他在1772年通過凸透鏡加熱鑽石的方法，使其在氧氣中成功燃燒，然後通過測驗發現產物中存在二氧化碳，從那時候起鑽石的本質就被揭開了。即使如此，它依然憑藉著其稀有性和堅硬性，成為了絕大多數人追求的物質。
鑽石的形成首先需要足夠的碳元素，然後先在特定的溫度、壓力等環境條件下轉化為石墨，石墨再繼續在更高溫、更高壓的環境中結晶形成鑽石。
經過科學家們的研究，理論上形成鑽石的壓力至少要達到4.5Gpa，這相當於在地下200公裡的環境。其次是溫度至少要達到1100攝氏度，這種溫度條件在工業上還是可以創造出來的。
為何兩顆行星的碳元素不足，還能形成鑽石？
對此該研究團隊的等離子物理學家麥克·鄧恩表示，雖然海王星和天王星上的碳元素不足，但是它們的碳氫化合物比較充足，可以利用分解碳氫化合物的方法來獲得單一碳元素，碳元素在行星內部高溫高壓的環境下被壓縮成鑽石，並因為密度比周圍的物質高而不斷往下墜。
該研究團隊不僅在前人研究的基礎上提出了全新的假設，而且對假設進行了實驗證明。研究人員利用斯坦福直線加速器實驗室裡的X射線雷射對「鑽石」的形成進行了精確的測量，得到的結論是兩顆行星內部的碳確實能夠直接轉化為鑽石。
為什麼要對海王星和天王星進行探究？
由於海王星和天王星距離地球十分遙遠，因此能夠探測這兩顆行星的探測器並不多，目前就只有旅行者二號。而且旅行者二號也不是專職對兩顆行星進行探測，它只是在羅國的時候進行了短期的探測，然後就飛走了。
因此人類對這兩顆行星的了解比對木星、土星的了解要少得多，這意味著這方面存在著等待人類去探索的廣闊空間。
更重要的是，根據美國宇航局的研究發現，類似天王星、海王星這樣的「冰巨星」在太陽系外更為常見，它們在銀河系裡的常見度是類似木星的行星的十倍左右。因此如果能夠對海王星和天王星的內部有所了解，那麼科學家們則可以在不讓探測器飛出太陽系的情況下對系外行星有更深入的了解。
什麼想法誘導了新發現的產生？
起初科學家們對海王星和冥王星不抱太多希望，是因為這兩顆行星上的碳元素實在是太少了。但後來他們通過研究發現，它們的核心可能存在著水、甲烷和氨等物質，這為該研究小組的想法提供了基礎條件。而且已經有實驗證明，在一定的壓力和溫度下，甲烷可以作為原料轉化為鑽石。
之後德國物理學家克勞斯使用X射線衍射證明了甲烷確實能夠轉化成鑽石，因此該研究團隊獲得了啟發，決定將該研究繼續深入下去。團隊中的研究人員克勞斯表示，X射線衍射實驗為他們新實驗模型的搭建提供了一些重要參數，這也是後續研究能夠順利進行的重要基礎。
研究團隊如何進行模擬氣態行星內部的鑽石形成過程？
實驗開始後，實驗人員利用光學雷射脈衝照射聚苯乙烯，使其產生強勁的衝擊波，衝擊波打在材料上讓材料立馬升溫到4727攝氏度，同時將大大提高了環境壓力。研究人員克勞斯表示，實驗中所產生的氣壓相當於將250頭非洲象放在大拇指指甲蓋上，其氣壓之高難以想像。
之前的實驗普遍使用X射線衍射來探測材料的內部結構，但這種方法一般只對類似甲烷這種呈現晶體結構的物質有用，對非晶體結構的物質則很難呈現出完整的圖片。研究人員為了解決該問題，採用了另一種方法來觀測聚苯乙烯電子的散射情況，實驗最終呈現出了較好的觀察結果。
該研究結果的意義重大，還可延伸到對木星和土星的研究
以上模擬實驗證明，海王星和天王星的內部確實可能存在著下「鑽石雨」的情況，這是首次有理論證明即使行星的碳元素不足，也有可能形成鑽石，擴展了科學家們思考行星問題的思路。同時也擴展了科學家對這兩顆行星的認知，在得到一些真實的探索和研究數據之前，一切皆有可能。
此外，克勞斯還表示在實驗室裡模擬出的行星內部的極端環境條件，同樣可用於研究木星和土星的內部情況。這兩顆氣態行星的大氣中也存在大量的氫氣和氦氣，但大氣層下的世界則還是一片未知的世界。或許未來可以通過該發現的研究方法來探索木星和土星的內部情況，甚至是形成過程和演化歷史。
宇宙中的「鑽石星球」，距離地球約50公裡
鑽石在地球上屬於稀有度極高的物質，原鑽經過人工打磨後價格居高不下，目前市面上鑽石的價格至少在一克拉上萬塊。而且鑽石越大，每克拉的價格就越高，因此往往會出現一些十克拉不到的鑽石價格就去到了上百萬。正因為鑽石在地球上的價格很高，因此不少網友打起了其他星球的主意。
如果能夠在宇宙中發現更多的「鑽石」星球，等到人類航天技術發展到足夠高的水平時，便可以對它們進行開採了。這樣的想法還真不是白日夢，至少科學家們已經在宇宙中發現了貨真價值的「鑽石星球」。這顆編號為 BPM37093的星球是美國天文學家在2010年發現的，經過研究其核心由超高密度的結晶碳組成，也就是我們所說的鑽石。
根據天文學家的觀測和研究數據顯示，BPM37093是一顆白矮星，經推測它應該是一顆比太陽稍微大一些的恆星結束生命之後形成的，算是宇宙中較為稀有的類型。它距離地球大約50光年，這個距離雖然距離地球並不近，但是相比起那些動不動就距離上千光年的類地行星來說，BPM37093還是在人類未來的探索藍圖內。
參考資料：
Science Alert 6月29日 《海王星下了鑽石，現在我們終於可以知道》