géants de glace Uranus Et Neptune ne pas avoir assez de pression ; Toute l’attention va à leurs frères et sœurs aînés, le puissant Jupiter et le magnifique Saturne.
À première vue, Uranus et Neptune ne sont que des boules ennuyeuses de particules inintéressantes. Mais se cachant sous les couches extérieures de ces mondes, il pourrait y avoir quelque chose d’étonnant : une pluie continue de diamants.
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Le terme « géantes de glace » peut évoquer une image d’une créature de style Tolkien, mais c’est le nom que les astronomes utilisent pour classer les exoplanètes. système solaireUranus et Neptune.
De manière confuse, le nom n’a rien à voir avec la glace au sens où vous le reconnaissez habituellement – comme des glaçons dans votre boisson. La distinction vient de la composition de ces planètes. géantes gazeuses dans l’ordre, Jupiter Et Saturne, presque entièrement de gaz : hydrogène et hélium. Grâce à l’accumulation rapide de ces éléments, ces planètes massives ont pu gonfler à leur taille actuelle.
En revanche, la majeure partie d’Uranus et de Neptune est constituée d’eau, d’ammoniac et de méthane. Les astronomes appellent ces particules « glace », mais il n’y a aucune bonne raison à cela, sauf que lorsque les planètes se sont formées pour la première fois, ces éléments étaient très probablement sous forme solide.
Dans les profondeurs glacées (pas si)
Dans les profondeurs des sommets verts ou bleus des nuages d’Uranus et de Neptune, il y a beaucoup d’eau, d’ammoniac et de méthane. Mais il est possible que ces géantes de glace aient des noyaux rocheux entourés d’éléments potentiellement compressés dans d’étranges états quantiques. À un moment donné, cette étrangeté quantique se transforme en une « soupe » hautement pressurisée qui s’atténue généralement à mesure que vous vous rapprochez de la surface.
Mais à vrai dire, nous ne savons pas grand-chose sur l’intérieur des géants de glace. La dernière fois que nous avons obtenu des données rapprochées sur ces deux mondes, c’était il y a trois décennies, lorsque Voyageur 2 Elle se lance dans sa mission historique.
Depuis lors, Jupiter et Saturne ont hébergé de nombreuses sondes en orbite, mais nos vues sur Uranus et Neptune se sont limitées à des observations au télescope.
Pour essayer de comprendre ce qu’il y a à l’intérieur de ces planètes, les astronomes et les planétologues doivent prendre ces rares données et les combiner avec des expériences de laboratoire qui tentent de reproduire les conditions de ces planètes intérieures. De plus, ils utilisent de bons vieux comptes – beaucoup d’entre eux. La modélisation mathématique aide les astronomes à comprendre ce qui se passe dans une situation donnée sur la base de données limitées.
Grâce à cette combinaison de modélisation mathématique et d’expériences en laboratoire, nous avons réalisé qu’Uranus et Neptune pourraient avoir ce qu’on appelle des pluies de diamants.
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Il pleut des diamants
L’idée de la pluie de diamant a été proposée pour la première fois avant le lancement de la mission Voyager 2 en 1977. La logique était très simple : nous savons ce qu’est Uranus et Neptune fait deEt nous savons que les choses deviennent plus chaudes et plus denses à mesure que vous vous enfoncez dans la planète où vous vous dirigez. La modélisation mathématique aide à remplir les détails, comme le fait que les régions les plus profondes du manteau de ces planètes ont des températures autour de 7 000 K (12,140 degrés Fahrenheit, ou 6 727 degrés Celsius) et des pressions 6 millions de fois supérieures. l’atmosphère terrestre.
Ces mêmes modèles nous disent que les couches externes du manteau sont un peu plus froides – 2 000 K (3 140 F, ou 1 727 C) – et un peu moins de pression (200 000 fois la pression de l’atmosphère terrestre). Il est donc naturel de se demander : que se passe-t-il à l’eau, à l’ammoniac et au méthane à ce genre de températures et de pressions ?
Avec le méthane, en particulier, des pressions intenses peuvent fracturer la molécule, libérant du carbone. Ensuite, le carbone retrouve ses frères et sœurs, formant de longues chaînes. Les longues chaînes sont ensuite pressées ensemble pour former des motifs cristallins en forme de diamant.
Les formations de diamant denses pleuvent ensuite à travers les couches du manteau jusqu’à ce qu’elles deviennent extrêmement chaudes, où elles s’évaporent et flottent à nouveau et répètent le cycle – d’où le terme « pluie de diamant ».
diamants cultivés en laboratoire
La meilleure façon de valider cette idée est d’envoyer un vaisseau spatial vers Uranus ou Neptune. Ce ne sera pas une option de sitôt, nous devrons donc adopter une seconde approche, meilleure : les expériences en laboratoire.
emploi La terre, nous pouvons tirer des lasers puissants sur les cibles pour reproduire les températures et les pressions à l’intérieur des géantes de glace pendant une très brève période. Une expérience a été réalisée avec du polystyrène (également connu sous le nom de polystyrène) diamants de taille nanométrique. Non, Uranus et Neptune ne contiennent pas de quantités massives de polystyrène, mais le plastique était beaucoup plus facile à manipuler que le méthane en laboratoire et se comporte vraisemblablement de manière très similaire.
De plus, Uranus et Neptune peuvent maintenir ces pressions beaucoup plus longtemps que les lasers testés, de sorte que les diamants sont censés devenir beaucoup plus gros que l’échelle nanométrique.
Le résultat final ? D’après tout ce que nous savons sur la composition et les structures internes des géantes de glace, les résultats de nos expériences en laboratoire et notre modélisation mathématique, la pluie de diamants est bien réelle.
Paul M. Sutter Il est astrophysicien en Université d’État de New York Stony Brook et Flatiron Institute, hôte »Demandez à un astronaute » Et « radio spatiale, « et auteur »Comment mourir dans l’espace ?. «
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