由加州SLAC 研究中心的蒙戈-弗羅斯特（Mungo Frost）領導的國際研究小組利用位於申費爾德的X 射線雷射器歐洲XFEL，對海王星和天王星等冰行星上鑽石雨的形成有了新的認識。這些結果現已發表在科學期刊《自然-天文學》上，同時也為這些行星複雜磁場的形成提供了線索。

在早先的X 射線雷射研究中，科學家已經發現，由於大型氣體行星內部普遍存在高壓，鑽石應該是由那裡的碳化合物形成的。然後，這些碳化合物會進一步沉入行星內部，成為來自高層的寶石雨。

圖中顯示的是行星內部的鑽石雨，它是由沉入周圍冰層的鑽石所組成。在深入星球內部的過程中，壓力和溫度不斷上升。即使在溫度極高的區域，冰也會因為極高的壓力而保留下來。資料來源：歐洲XFEL / Tobias Wüstefeld

歐洲XFEL 的一項新實驗現已表明，碳化合物形成鑽石的起始壓力和溫度都比假設的要低。對於氣態行星來說，這意味著鑽石雨的形成深度比想像的要低，因此可能會對磁場的形成產生更大的影響。此外，在比海王星和天王星小的氣態行星上也有可能形成鑽石雨，它們被稱為”小海王星”。太陽系中不存在這樣的行星，但太陽系外確實存在這樣的系外行星。

鑽石雨在從行星外層流向內層的過程中，會夾帶氣體和冰，造成導電冰流。導電流體的電流就像一種發電機，行星的磁場是經由它而形成的。弗羅斯特說：”鑽石雨可能對天王星和海王星複雜磁場的形成有影響。”

歐洲XFEL 的HED 實驗站。圖片來源：European XFEL / Jan Hosan 歐洲XFEL / Jan Hosan

研究團隊使用碳氫化合物聚苯乙烯製成的塑膠薄膜作為碳源。在極高的壓力下，鑽石從薄膜中形成–這一過程與行星內部的過程相同，歐洲XFEL 可以模仿這一過程。研究人員借助鑽石擠壓單元和雷射，產生了冰氣巨行星內部普遍存在的2200多攝氏度的高壓和高溫。設施的功能就像一個小型鉗子，樣本被擠壓在兩塊鑽石之間。在歐洲XFEL X 射線脈衝的幫助下，可以精確觀測到擠壓中鑽石形成的時間、條件和順序。

國際研究團隊還包括來自歐洲XFEL、德國漢堡DESY研究中心和德勒斯登-羅森多夫亥姆霍茲中心的科學家，以及來自不同國家的其他研究機構和大學的科學家。歐洲XFEL 用戶聯盟HIBEF（包括HZDR 和DESY 研究中心）為這項工作做出了重大貢獻。

弗羅斯特說：”透過這項國際合作，我們在歐洲XFEL 取得了巨大進步，並對冰行星有了新的深刻認識。”

編譯來源：ScitechDaily