Un recente esperimento di laboratorio che riproduce le stesse condizioni dei due pianeti ha dimostrato l’esistenza di piogge di diamanti su Nettuno e Urano.
I pianeti dimenticati
Nettuno e Urano, i pianeti più lontani del nostro sistema solare, sono stati spesso trascurati. Ma un nuovo studio degli scienziati ha dato un tocco glamour a questi giganti blu dimenticati: proiezioni di diamanti sotto la loro superficie planetaria. I ricercatori hanno condotto un esperimento di laboratorio che suggerisce che un notevole processo chimico probabilmente avviene nelle atmosfere profonde di Urano e Nettuno. Il nuovo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature nel maggio 2020.
Sulla base dei dati raccolti da questi pianeti, gli scienziati sanno che sia Nettuno che Urano hanno condizioni ambientali estreme migliaia di chilometri sotto le loro superfici, dove possono raggiungere livelli di calore di diverse migliaia di gradi e livelli di pressione elevati, nonostante le loro atmosfere ghiacciate (circa -220°C) che gli hanno valso il soprannome di giganti di ghiaccio.
Un’ipotesi da testare
Un team di scienziati internazionali, tra cui ricercatori del Laboratorio Nazionale Acceleratore del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ha condotto un esperimento per imitare da vicino le condizioni all’interno dei pianeti e stabilire cosa sta succedendo all’interno dei pianeti.
Data l’altissima pressione all’interno dei due pianeti, l’ipotesi di lavoro del gruppo era che la pressione fosse abbastanza alta da separare i composti di idrocarburi all’interno dei pianeti nelle loro forme più piccole, che avrebbero poi indurito il carbonio in diamanti.
Riprodurre la pioggia di diamanti
Così hanno deciso di testare la teoria della pioggia di diamanti utilizzando una tecnica sperimentale mai utilizzata prima. In precedenza, i ricercatori avevano utilizzato il laser a raggi X Linac Coherent Light Source (LCLS) della SLAC per ottenere una misura accurata della creazione di « materia calda densa », una miscela ad alta pressione e alta temperatura che gli scienziati ritengono essere il cuore di giganti di ghiaccio come Nettuno e Urano.
Inoltre, i ricercatori hanno anche utilizzato una tecnica chiamata « diffrazione dei raggi X » che prende « una serie di istantanee di come i campioni rispondono alle onde d’urto generate dal laser che imitano le condizioni estreme che si trovano su altri pianeti ». Questo metodo ha funzionato molto bene con i campioni di cristallo, ma non era appropriato per esaminare i non cristalli che hanno strutture più casuali.
Cristallizzazione del carbonio
Tuttavia, in questo nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica diversa chiamata « Thomson X-ray scattering » che ha permesso agli scienziati di riprodurre accuratamente i risultati della diffrazione osservando come gli elementi nei campioni non cristallini si mescolavano.
Utilizzando questa tecnica di dispersione, i ricercatori sono stati in grado di riprodurre le esatte diffrazioni di un idrocarburo che si è separato in carbonio e idrogeno come all’interno di Nettuno e Urano. Il risultato è stata la cristallizzazione del carbonio sotto estrema pressione ambientale e calore. Questo comporterebbe probabilmente una pioggia di diamanti a quasi 10.000 km di profondità, che sprofonderebbe lentamente verso i nuclei dei pianeti.
Nuove forme di energia da fusione?
Questa ricerca fornisce dati su un fenomeno molto difficile da modellare al computer: la « miscibilità » di due elementi, o il modo in cui si combinano quando sono mescolati », ha detto il direttore del progetto LCLS Mike Dunne. « Qui vedono come due elementi si separano, come la maionese che si separa di nuovo in olio e aceto. Il successo dell’esperimento di laboratorio con la nuova tecnica sarà utile anche per esaminare l’ambiente di altri pianeti.
« Questa tecnica ci permetterà di misurare processi interessanti altrimenti difficili da ricreare », ha detto Dominik Kraus, scienziato dell’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, un istituto di ricerca tedesco, che ha condotto il nuovo studio. « Per esempio, potremo vedere come l’idrogeno e l’elio, elementi che si trovano all’interno di giganti gassosi come Giove e Saturno, si mescolano e si separano in queste condizioni estreme. Ha aggiunto: « Questo è un nuovo modo per studiare la storia evolutiva dei pianeti e dei sistemi planetari e per sostenere gli esperimenti verso potenziali forme future di energia da fusione ».