Создавая все, что мы видим и не видим вокруг нас, мать-природа использует один и тот же набор стандартных блоков, химических элементов, комбинируемых вместе множеством невообразимых образов. Если, к примеру, взять углерод, четвертый по распространенности элемент во Вселенной и являющийся ключевым компонентом всех форм жизни на Земле, он может существовать в тысячах ипостасей, начиная от бесцветного углекислого газа и заканчивая так желанными всеми людьми кристаллами алмазов. Но в каком виде существует углерод и другие твердые материалы, когда они находятся в ядрах гигантских планет, таких, как Юпитер, Сатурн и другие гиганты, расположенные вне Солнечной системы?
До последнего времени поиски ответа на вышеупомянутый вопрос производились теоретическими методами при помощи расчетов сложных математических моделей. Но новая работа исследователей, работающих ссамым большим и мощным на сегодняшний день лазером в мире, National Ignition Facility (NIF), обеспечила ученых практическими научными данными, предоставляющими убедительные доказательства достоверности некоторых теорий.
Использование лазера NIF позволило ученым сжать алмаз так, что его плотность стала равна плотности свинца, при этом действовавшее на алмаз давление превышало в 50 миллионов раз нормальное атмосферное давление и в 14 раз - давление в центре ядра Земли.
"Используя лазеры NIF, мы можем отклониться от традиционных теоретических методов и заняться чистой практикой" - рассказывает Томас Даффи (Thomas Duffy), ученый из Принстонского университета, - "Чрезвычайно высокая мощность лазеров позволяет нам проводить эксперименты при экстремальных условиях, которые присутствуют только в центрах огромных планет или звезд".
Давление в ядре Юпитера, к примеру, колеблется на уровне от 50 до 70 миллионов атмосфер. И ученым сегодня совершенно неизвестно, из чего состоит ядро этой планеты и какие процессы происходят в его недрах, а это, в свою очередь, является ключевой информацией относительного того, как формируются и существуют большие и малые планеты. "Сейчас мы фактически можем работать на уровне давлений, присутствующих в ядре Юпитера. И это дает нам в руки возможность сопоставить результаты теоретических исследований с результатами экспериментов" - рассказывает Томас Даффи.
Первые результаты, полученные экспериментальным путем, уже отличаются от результатов теоретических исследований. Атомы углерода алмаза, подвергнутого лазерному "удару", формировали структуру, абсолютно отличную от структуры, рассчитанной посредством математической модели. Ученые объясняют это различие тем, что у атомов углерода, по всей видимости, не было достаточного количества времени на формирование устойчивых химических связей, ведь длительность лазерного "удара" составляла всего 20 наносекунд. Хотя, ученые допускают и такой вариант, обнаруженное явление может быть следствием одного из специфических свойств углерода, которое заставляет этот материал оставаться стабильным, несмотря на доступность других состояний с более низкой энергией химических связей. "А теперь мы задаемся вопросом - может ли подобное произойти и в отношении другого материала?".
В настоящее время ученые планируют провести дополнительные эксперименты для сбора более исчерпывающей информации о происходящем с алмазом при высокой температуре и при давлении, превышающем 50 миллионов атмосфер. Кроме этого, ученые собираются положить под лазерный "пресс" и другие материалы, такие как железо и никель, что, по их мнению, позволит приоткрыть завесу тайны относительно процессов, происходящих в ядре Земли.
Первоисточник