天王星はおそらく巨大なダイヤモンドで満たされている

他の惑星の生命の圧力（および温度）にさらされると、身近な物質でさえかなり異質になることがある。その好例が、氷の巨星のダイヤモンドの雨だ。科学者たちは長い間、海王星や天王星のような巨大な惑星（比較的小さな岩石の核を持ち、その上を水、アンモニア、メタンの氷のスラリーで覆われ、厚い大気に囲まれている）では、文字通りダイヤモンドの雨が降ると考えてきた。現在、研究者たちはそのプロセスを研究室で合成し、そのような状況がどのように起こるかを示した。

「これまで研究者たちは、ダイヤモンドが形成されたと推測することしかできなかった」と、ドレスデン・ロッゼンドルフ・ヘルムホルツセンターの科学者で、この研究結果の主執筆者であるドミニク・クラウス氏は声明で述べた。「この最新の実験結果を見たとき、それは私の科学者としてのキャリアの中で最高の瞬間の一つでした。」

名前に反して、氷の巨星は実際には非常に暑い。確かに、惑星は太陽から遠いため、上層大気の温度は数百度も零下になる。しかし、中心核に近づくと、内部を押しつぶす巨大な圧力によって温度は数千度に上昇する。この穏やかな温度と圧倒的な圧力によって、理論的には、大気圏外表面から約 5,000 マイル下で水素と炭素がダイヤモンドの雨を形成する可能性がある。

このプロセスを再現するために、科学者たちは（非常に）高温で（非常に）重い条件を作り出す必要があった。彼らは強力なレーザーを使って、ポリスチレン（水素と炭素から作られ、メタン化合物の挙動をシミュレートできるプラスチック）に、重なり合う衝撃波を2つ送り込んだ。衝撃波は、氷の巨星の内部での日常生活に匹敵する圧力と熱の瞬間を作り出した。

「実験時間は非常に短いです」とクラウス氏はガーディアン紙に語った。「ダイヤモンドのこの非常に明確な特徴が見られたのは、実に非常に驚きでした。」

実際、プラスチックの炭素原子が分離して力を合わせて数ナノメートル幅のダイヤモンドを形成する瞬間を捉えるには、地球上で最も強力なX線源であるSLACのX線自由電子レーザーであるLinac Coherent Light Source（LCLS）からの50フェムト秒長のパルスが必要でした。（ちなみに、ナノメートルは10億分の1メートル、フェムト秒は1000兆分の1秒です。）

この実験室実験では非常に小さな宝石ができたが、研究者たちは、海王星と天王星のより安定した条件では、より大きな岩石ができた可能性が高いと考えている。ダイヤモンドは何千年もかけて何百万カラットもの重さに成長し、地球の豪雨をも凌ぐ大雨のように、大気とマントルを通ってゆっくりと核に向かって沈んでいくのかもしれない。残念ながら、ダイヤモンドをカットして磨く人がいない。

実際、巨大氷惑星のガス状でドロドロした外層は非常に厚いため、最も高性能な探査機でさえ内部の奥深くで何が起こっているのかを解明することはできていません。今回のような実験は、惑星自体の観察ほど決定的ではありませんが、科学者がこれらの神秘的な世界の内部の仕組みを理解するのに役立ちます。