Drogocenne kamienie z PETów. Zużyte butelki to kopalnia diamentów

Koncepcja "diamentowego deszczu" sięga roku 1977, kiedy to uczeni za pomocą modeli matematycznych doszli do wniosku, że powierzchnie i wnętrza tak Urana jak i Neptuna mają znacznie wyższą temperaturę oraz ciśnienie w porównaniu do Ziemi. W 1985 roku bezzałogowa misja sondy Voyager 2 dostarczyła nam informacji o najdalszych planetach układu słonecznego - Uranie i Neptunie. Na podstawie zebranych danych uczonym udało się przeprowadzić eksperyment, dzięki którym odtworzyli oni warunki panujące na owych planetach.

Tak zebrane i przetworzone informacje doprowadziły uczonych do dość zaskakującego wniosku: na powierzchni Urana i Neptuna mamy do czynienia z deszczem diamentów. Dzieje się tak, ponieważ intensywne ciśnienie rozrywa cząsteczki metanu, "uwalniając" węgiel. Następnie węgiel łączy się z innymi cząsteczkami węgla, tworząc długie łańcuchy, które z kolei tworząc krystaliczne wzory - zupełnie jak diamenty.
Następnie formacje opadają na płaszcz planety, a gdy ten stanie się zbyt gorący - wyparowywują, unosząc się z powrotem w górę, powtarzając cykl.

Wydawałoby się, że ogromna różnica w warunkach atmosferycznych sprawia, że deszcz diamentów to koncepcja zarezerwowana jedynie dla odległych nam planet. Jednak zgodnie z wynikami badań opublikowanymi przez uczonych z Centrum Liniowego Akceleratora Stanforda (SLAC), obecność tlenu w atmosferze może zintensyfikować proces, sprawiając, że diamenty będą tworzyć dłuższe łańcuchy i powodować opady w większej ilości.

Choć na Ziemi diamentowy deszcz pozostaje w strefie marzeń, odkrycie nowych warunków tworzenia się diamentów zainspirowało naukowców do opracowania nowej metody, dzięki której uczeni są w stanie stworzyć w warunkach laboratoryjnych nanodiamenty. Do tego celu wykorzystali politereftalan etylenu, znany lepiej pod nazwą PET, wykorzystywany do produkcji butelek do napojów bezalkoholowych.

Nie jest to pierwszy raz kiedy uczeni - na podstawie danych zebranych z sond kosmicznych - chcieli odtworzyć w warunkach laboratoryjnych proces tworzenia się diamentów. Pierwszy taki eksperyment miał miejsce w 2017 roku, kiedy to uczeni do badań wykorzystali tworzywo sztuczne wykonane z mieszaniny wodoru i węgla, kluczowych składników ogólnego składu chemicznego Neptuna i Urana. Ale oprócz węgla i wodoru, Neptun i Uran zawierają inne pierwiastki, takie jak duże ilości tlenu.

W ramach eksperymentu, którego wyniki opublikowano we wrześniowym wydaniu Science Advances, uczeni do produkcji nanodiamentów wykorzystali tworzywo typu PET. Naukowcom przyświecały nie tyle względy ekologiczne, co naukowe. Jak mówi Dominik Kraus, profesor na Uniwersytecie w Rostocku w Niemczech i jeden z autorów badania, "PET ma dobra równowagę pomiędzy węglem, wodorem a tlenem", co pozwala badaczom lepiej odtworzyć warunki panujące na Neptunie i Uranie.

Aby wygenerować fale uderzeniowe w tworzywie PET - na wzór sił, które rozrywają metan na powierzchni Urana i Neptuna, badacze użyli lasera optycznego o dużej mocy o nazwie Matter in Extreme Conditions (MEC), będącego jednym z siedmiu stanowisk eksperymentalnych w Linac Coherent Light Source (LCLS) w SLAC. Następnie, używając impulsów promieniowania rentgenowskiego LCLS, zbadali, co się stało w plastiku.

Uczeni zaobserwowali, jak atomy materiału układają się w małe diamentowe pola. Następnie zastosowali rozpraszanie pod małym kątem, metodę pozwalającą zmierzyć, jak szybko i jak duże są owe pola rosnące w tym samym czasie. Naukowcy ustalili, że dzięki użyciu nowej metody diamenty osiągnęły kilka nanometrów szerokości. Według ich ustaleń to właśnie obecność tlenu w materiale pozwoliła nanodiamentom rosnąć w szybszym tempie.

Jak przewidują badacze, diamenty na Neptunie i Uranie będą rosły znacznie większe niż nanodiamenty stworzone w ramach eksperymentu, być może osiągając miliony karatów wagi.