Diamantenregen im Eisplaneten Neptun. Visualisierung: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
Forscher stellen das Innere ferner Planeten mit Superlasern nach
Dresden, 21. August 2017. Der gierigen Gattin edle Geschmeide versprochen und den Weg zum Juwelier bisher gescheut? Kein Problem: Fliegen Sie einfach die rund viereinhalb Milliarden Kilometer zum Riesenplaneten Neptun: Dort regnet es Diamanten! Das haben nun Forscher vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) mit Kollegen aus Deutschland und den USA experimentell nachgewiesen. Und wenn gerade kein Sprit in der Rakete ist, auch kein Problem: Auch das weiße Verpackungszeug, das altbekannte Polystyrol, lässt sich zu Edelsteinen pressen. Kleiner Nachteil: Dafür braucht man nur einen mehrere Hundert Millionen Euro teuren Super-Röntgenlaser.
In 11.000 km Tiefe prasselt der Edelstein-Regen
Auf solch einer Forschungsanlage in Kalifornien haben HZDR-Nachwuchsgruppenleiter Dr. Dominik Kraus und sein Team die Bedingungen simuliert, die auf und in Neptun und Uranus herrschen. Diese Riesen gehören zu den äußeren Planeten unseres Sonnensystems. Sie haben einen festen Kern mit einem dicken Eispanzer aus Kohlenwasserstoffen, Wasser und Ammoniak. Seit langem vermuten Astrophysiker, dass etwa 11.000 Kilometer unter der Planetenoberfläche extrem hohe Drücke herrschen. Dadurch spalten sich laut dieser Theorie die Kohlenwasserstoffe auf. Der entstehende reine Kohlenstoff werde dann zu Diamenten verpresst, die gen Planetenkern absinken.
Experiment mit Polystyrol
„Bislang konnte dieser glitzernde Niederschlag aber nicht direkt experimentell beobachtet werden“, betont Dr. Dominik Kraus. „In unseren Untersuchungen haben wir eine spezielle Form von Plastik – Polystyrol, das auch aus einem Mix von Kohlen- und Wasserstoff aufgebaut ist – Bedingungen ausgesetzt, die dem Innenleben von Neptun und Uranus ähneln.“
Laser senden Schockwellen durch den Kunststoff
Dafür erzeugten sie mit einem sehr starken optischen Laser und dem ultrastarken Röntgenlaser des kalifornischen „Stanford Linear Accelerator Centers“ (SLAC) zwei Schockwellen, die sie durch den Verpackungsmüll schickten. „Die erste, kleinere und langsamere Welle wird dabei von der stärkeren, zweiten überholt“, erläuterte Dominik Kraus. „In dem Moment, in dem sich beide Wellen überschneiden, bilden sich die meisten Diamanten.“ Dabei entstanden im Polystyrol Temperaturen um die 5000 Grad, es wurde also fast so heiß wie auf der Oberfläche der Sonne. Außerdem erzeugten die überlagerten Schockwellen Druckspitzen bis zu 150 Gigapascal – rund 1,5 Millionen Mal so stark wie der Luftdruck auf der Erde. Dabei entstanden dann in der Tat wenige Nanometer (Millionstel Millimeter) kleine Diamantenstrukturen.
Diamantstaub für superharte Werkzeuge
Einerseits erhoffen sich die Forscher aus diesen Experimenten neue Erkenntnisse über das Innere ferner Planeten. Andererseits ist auch eine technologische Verwertung denkbar: Um Schmuck-Klunker herzustellen, ist der Prozess zwar viel zu aufwendig. Aber solcherart hergestellte Nano-Diamanten könnten durchaus interessant für elektronische Instrumente, medizinische Verfahren und als Schneidstoffe in der Industrie sein.
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