Lớp phủ chất lỏng giàu nước, amoniac, mê tan và có thể là thứ gì đó chói lọi hơn nhiều: kim cương nằm bên dưới bầu khí quyển hydro-helium băng giá của sao Hải Vương và sao Thiên Vương. Từ lâu, các nhà khoa học đã nghi ngờ những viên đá quý siêu cứng này có thể rơi ra khỏi lớp ngoài của những hành tinh băng khổng lồ và đi vào lõi đá của chúng.
Tuy nhiên, phần bên trong của sao Thiên vương có thể không hào nhoáng như người ta tưởng tượng trước đây. Vào ngày 27 tháng 2 năm 2014, các phát hiện lý thuyết đã được công bố trên tạp chí Nature Communications Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu khác cho rằng các điều kiện lý tưởng hình thành kim cương có thể xảy ra trong lớp phủ của sao Hải vương, nhưng chúng có thể không tồn tại trên sao Thiên vương. Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu khác, bên trong những người khổng lồ băng vẫn còn bí ẩn đến mức việc dự đoán một cách tự tin về những cơn mưa phùn kim cương ở cả hai hành tinh sẽ phải chờ đợi các sứ mệnh thám hiểm trong tương lai từ bên ngoài hệ Mặt trời.
Theo bà Ravit Helled (Đại học Zurich), người không tham gia nghiên cứu, "các hành tinh có khối lượng bằng sao Thiên vương và sao Hải vương dường như khá phổ biến trong thiên hà." Hiểu những gì xảy ra bên trong những hành tinh băng khổng lồ là "rất quan trọng đối với việc mô tả đặc điểm của các ngoại hành tinh và sự hiểu biết về nguồn gốc của chính chúng ta."
Những viên kim cương trên bầu trời?
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng sao Hải vương phát sáng bằng sức nóng bên trong của chính nó (còn được gọi là địa nhiệt) sau khi tàu Voyager 2 bay ngang qua hai hành tinh băng này vào những năm 1980, trong khi sao Thiên vương chỉ phản xạ năng lượng mà nó nhận được từ Mặt trời. Kể từ đó, các nhà nghiên cứu đã tranh cãi về cách giải thích sự khác biệt.
Theo Jonathan Fortney (Đại học California, Santa Cruz), "Trong nhiều thập niên qua, người ta đã cố gắng nghĩ xem tại sao chúng (sao Thiên vương và sao Hải vương) thực sự khác nhau vì chúng trông rất giống nhau."
Mưa kim cương có thể là một phần lời giải cho câu đố này, theo nghiên cứu gần đây do Bingqing Cheng (Viện Khoa học và Công nghệ Áo) đứng đầu. Năng lượng hấp dẫn được giải phóng dưới dạng nhiệt khi các viên đá quý rơi qua lớp ngoài. Mặc dù ít rõ ràng hơn một tiểu hành tinh đang bốc cháy trong bầu khí quyển của chúng ta, nhưng nguyên tắc là tương tự. Bất kỳ lớp vật chất nào mà thiên thạch (hoặc kim cương) rơi qua đều bị cọ xát với chúng và kết quả là chúng giải phóng nhiệt.
Nhóm của Cheng phát hiện ra rằng có một dải nhiệt độ và áp suất nhỏ lý tưởng để hình thành kim cương khi tính toán "điểm đóng băng" của carbon trong các điều kiện như ở sao Hải vương và sao Thiên vương. Trong những trường hợp này, carbon và hydro tách biệt với nhau, cô đặc carbon thành một chất lỏng giàu carbon rất lý tưởng để tạo ra kim cương. Mưa kim cương là một ví dụ về chất lỏng cô đặc này có thể đóng băng.
Cheng và các đồng nghiệp của ông cho rằng mặc dù sao Hải vương có thể trải qua hiện tượng thời tiết kim cương này, nhưng các điều kiện không phù hợp với nó trên sao Thiên vương. Nếu điều này đúng, ánh sáng mờ ảo bí ẩn của hành tinh này so với người hành tinh anh em của nó có thể được giải thích.
Bí ẩn chưa có lời giải
Tuy nhiên, Fortney và Helled đều cảnh báo rằng các nhà khoa học vẫn chưa thực sự hiểu rõ bên trong những hành tinh băng khổng lồ sẽ như thế nào. Các chuyến bay ngang qua của tàu Voyager 2 là những quan sát cận cảnh duy nhất của nhân loại về sao Thiên vương và sao Hải vương. Rất khó để nói chắc chắn liệu một trong hai hành tinh có hiện tượng mưa kim cương rơi từ trên trời xuống hay không cho đến khi chúng ta quay trở lại khám phá bề ngoài của hệ mặt trời.
Tạo các tính toán từ các mô hình máy tính về "điểm đóng băng" của carbon trên sao Thiên vương và sao Hải vương sẽ là một cách để kiểm tra cách kim cương ảnh hưởng đến nguồn nhiệt của các hành tinh. Theo Fortney, các nhà khoa học đã hiểu rõ về cách thức hoạt động của mưa heli trên sao Thổ, nhưng sự hình thành kim cương trên những hành tinh băng khổng lồ chưa được đưa vào các mô hình hiện đại nhất.
Fortney nói: "Đối với tôi, nghiên cứu này đang cố gắng đưa sao Thiên vương và sao Hải vương vào cùng một mức độ phức tạp. Và cho đến thời điểm này, chúng ta vẫn chưa đạt được điều đó.
Các nhà khoa học của Phòng nghiên cứu HZDR (Đức) năm 2022 đã tái tạo hiện tượng kết tinh kim cương tại các hành tinh băng giá bằng nhựa. Theo ông Dominic Kraus, nhóm của ông đã thêm oxy vào phản ứng và phát hiện ra rằng "mưa kim cương" hình thành dễ dàng hơn.
Để tạo ra "viên kim cương nano", Kraus và các cộng sự đã sử dụng nhựa PET. Trong thí nghiệm, nhóm chiếu một tia sáng laser mạnh vào một mẫu vật liệu mỏng như phim, sau đó làm nóng nó lên đến 6.000C chỉ trong nháy mắt. Để nén vật liệu hơn 1 triệu lần áp suất khí quyển trong khoảng thời gian chỉ vài nano giây, người ta cũng tạo ra một sóng xung kích.
Kraus giải thích rằng cho đến nay, chúng tôi đã sử dụng màng hydrocacbon cho các loại thí nghiệm này. Chúng tôi phát hiện ra rằng áp suất cực lớn và nhiệt cực cao đã tạo ra những viên kim cương rất nhỏ. Chúng tôi gọi chúng là kim cương nano.
Ông nói thêm: "Vật liệu PET có sự cân bằng tốt giữa các thành phần carbon, hydro và oxy, hỗ trợ mô phỏng hoàn hảo hoạt động tạo kim cương trong các hành tinh băng. oxy thúc đẩy quá trình phân tách carbon và hydro. Các nguyên tử carbon có thể kết hợp dễ dàng hơn và tạo thành kim cương do tác động của oxy.
Kraus tuyên bố rằng kim cương trên sao Hải vương và sao Thiên vương có thể xếp dày thành một lớp dày hàng trăm cây số. Theo các nghiên cứu trước đó, nhân loại được cho là có khả năng khai thác kim cương từ các hành tinh trong hệ Mặt trời. Họ thậm chí còn vẽ ra viễn cảnh mỗi chuyến đi khai thác có thể mang về nhiều tấn đá quý có giá trị cao.
Nghiên cứu của nhóm Kraus không chỉ giúp ta hiểu thêm về vũ trụ mà còn có giá trị ứng dụng thực tiễn để sản xuất những viên kim cương có kích thước nanomet.
Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống