كشف حقيقة “المطر الماسي” في أورانوس ونبتون

غالبا ما يُنظر إلى أورانوس ونبتون بأنها مجرد كواكب غير مثيرة للاهتمام في نظامنا الشمسي. ولكن تحت الطبقات الخارجية لهذه العوالم، قد يكون هناك شيء مذهل: “مطر مستمر من الماس”.

ويطلق علماء الفلك عادة على أورانوس ونبتون اسم “عمالقة الجليد”، على الرغم من أن هذا المصطلح يستخدم غالبا في وصف الكواكب خارج النظام الشمسي.

ومن المربك أن الاسم لا علاقة له بالثلج بالمعنى الذي نعرفه عادة. وتعود هذه التسمية إلى تمييز ما تتكون منه هذه الكواكب، حيث أن عمالقة الغاز في نظام الشمسي، كوكب المشتري وزحل، مصنوعان بالكامل تقريبا من الغاز: الهيدروجين والهيليوم. ومن خلال التراكم السريع لتلك العناصر تمكنت هذه الكواكب الضخمة من الانتفاخ إلى حجمها الحالي.

وفي المقابل، يتكون معظم أورانوس ونبتون من الماء والأمونيا والميثان. ويطلق علماء الفلك على هذه الجزيئات اسم “الجليد”، ولكن لا يوجد سبب وجيه لذلك، باستثناء أنه عندما تشكلت الكواكب لأول مرة، كانت هذه العناصر على الأرجح في شكل صلب.

وفي أعماق القمم السحابية الخضراء أو الزرقاء لأورانوس ونبتون، يوجد الكثير من الماء والأمونيا والميثان. ولكن من المحتمل أن يكون لهذه العمالقة الجليدية نوى صخرية محاطة بعناصر من المحتمل أن تكون مضغوطة في حالات كمومية غريبة.

وفي مرحلة ما، تنتقل هذه الغرابة الكمية إلى “حساء” شديد الضغط يخف عموما كلما اقتربت من السطح.

ولكن، في الحقيقة، نحن لا نعرف الكثير عن التصميمات الداخلية لعمالقة الجليد. وكانت آخر مرة حصلنا فيها على بيانات عن قرب لهذين العالمين قبل ثلاثة عقود، عندما انطلقت “فوياجير 2” في مهمتها التاريخية.

ومنذ ذلك الحين، استضاف كل من كوكب المشتري وزحل العديد من المسابير المدارية، ومع ذلك اقتصرت وجهات نظرنا على أورانوس ونبتون على ملاحظات التلسكوبات.

ولمحاولة فهم ما بداخل تلك الكواكب، يتعين على علماء الفلك وعلماء الكواكب أن يأخذوا تلك البيانات الضئيلة ودمجها مع التجارب المعملية التي تحاول تكرار ظروف تلك الكواكب الداخلية.

وبالإضافة إلى ذلك، يستخدمون بعض الحسابات الرياضية القديمة الجيدة، والتي تساعد على فهم ما يحدث في موقف معين بناء على بيانات محدودة.

ومن خلال هذا المزيج من النمذجة الرياضية والتجارب المعملية أدركنا أن أورانوس ونبتون قد يكون لهما ما يسمى بأمطار الماس.

ووقع اقتراح فكرة المطر الماسي لأول مرة قبل مهمة “فوياجير 2″، التي تم إطلاقها في عام 1977.

وتساعد النمذجة الرياضية في ملء بعض التفاصيل، مثل أن المناطق الأعمق من وشاح هذه الكواكب تحتوي على درجات حرارة في مكان ما نحو 7000 كلفن (12.140 درجة فهرنهايت، أو 6727 درجة مئوية) وتضغط بمقدار 6 ملايين ضعف الضغط الجوي للأرض.

وتخبرنا هذه النماذج نفسها أن الطبقات الخارجية من الوشاح تكون أكثر برودة إلى حد ما، بما يقدر بنحو 2000 كلفن (3140 فهرنهايت أو 1727 درجة مئوية) – وأقل ضغطا إلى حد ما (200 ألف ضعف ضغط الغلاف الجوي للأرض).

ولذلك، من الطبيعي أن نسأل: ماذا يحدث للماء والأمونيا والميثان في تلك الأنواع من درجات الحرارة والضغوط؟

ومع الميثان، على وجه الخصوص، يمكن للضغوط الشديدة أن تكسر الجزيء، ما يطلق الكربون. ثم يجد الكربون أشقاءه، ويشكل سلاسل طويلة. ثم تضغط السلاسل الطويلة معا لتشكل أنماطا بلورية مثل الماس.

وبعدها تتساقط تشكيلات الألماس الكثيفة عبر طبقات الوشاح حتى تصبح شديدة السخونة، حيث تتبخر وتطفو مرة أخرى وتكرر الدورة، ومن هنا جاء مصطلح “مطر الماس”.

وأفضل طريقة للتحقق من صحة هذه الفكرة هي إرسال مركبة فضائية إلى أورانوس أو نبتون. ولن يكون هذا خيارا متاحا قريبا، لذلك علينا أن نتبع الطريقة الثانية الأفضل، وهي التجارب المعملية.

وعلى الأرض، يمكننا إطلاق أشعة ليزر قوية على الأهداف لتكرار درجات الحرارة والضغوط الموجودة داخل عمالقة الجليد لفترة وجيزة جدا. وتمكنت إحدى التجارب باستخدام البوليسترين الهيدروكربوني (C8H8) بدلا من الميثان (CH4)، من صنع ماس بحجم النانو. ولا يحتوي أورانوس ونبتون على كميات هائلة من البوليسترين، لكنه كان أسهل بكثير من التعامل مع الميثان في المختبر، ويفترض أنه يتصرف بشكل مشابه جدا.

وأيضا، يمكن لأورانوس ونبتون الحفاظ على هذه الضغوط لفترة أطول بكثير من ليزر المختبر، لذلك من المفترض أن ينمو الماس ليكون أكبر بكثير من حجم النانو.

والنتيجة النهائية: بناء على كل ما نعرفه عن تكوين عمالقة الجليد وهياكلها الداخلية ونتائج التجارب المعملية والنمذجة الرياضية لدينا، فإن “المطر الماسي” على هذه الكواكب شيء حقيقي للغاية.