【菜科解读】

海王星和天王星是太阳系中的气态巨行星，同时也是八大行星中距离太阳最遥远的两颗行星。

天文学家在过去长期的研究中发现，海王星和天王星上存在着超强高压，能轻易把碳原子压成钻石。

然而从目前对两颗行星的探测情况来看，它们含有的碳元素仅有1%左右。

如果以地球为参考对象的话，那么行星要形成钻石至少需要碳元素达到15%左右，很明显天王星和海王星都达不到，因此长期以来科学家们认为这两颗行星上并没有人们所期待的钻石堆积如山。

然而根据美国《Science Alert》科学期刊6月29日的报道，美国斯坦福直线加速器中心的一支研究团队发布最新研究成果，该成果表示天王星和海王星内部可能在下钻石雨。

钻石是如何形成的？

学过中学化学的朋友应该知道，钻石和金刚石在本质上都是结晶碳。

最早对钻石本质进行解密的是法国化学家拉瓦锡，他在1772年通过凸透镜加热钻石的方法，使其在氧气中成功燃烧，然后通过测验发现产物中存在二氧化碳，从那时候起钻石的本质就被揭开了。

即使如此，它依然凭借着其稀有性和坚硬性，成为了绝大多数人追求的物质。

钻石的形成首先需要足够的碳元素，然后先在特定的温度、压力等环境条件下转化为石墨，石墨再继续在更高温、更高压的环境中结晶形成钻石。

经过科学家们的研究，理论上形成钻石的压力至少要达到4.5Gpa，这相当于在地下200公里的环境。

其次是温度至少要达到1100摄氏度，这种温度条件在工业上还是可以创造出来的。

为何两颗行星的碳元素不足，还能形成钻石？

对此该研究团队的等离子物理学家麦克·邓恩表示，虽然海王星和天王星上的碳元素不足，但是它们的碳氢化合物比较充足，可以利用分解碳氢化合物的方法来获得单一碳元素，碳元素在行星内部高温高压的环境下被压缩成钻石，并因为密度比周围的物质高而不断往下坠。

该研究团队不仅在前人研究的基础上提出了全新的假设，而且对假设进行了实验证明。

研究人员利用斯坦福直线加速器实验室里的X射线激光对钻石的形成进行了精确的测量，得到的结论是两颗行星内部的碳确实能够直接转化为钻石。

为什么要对海王星和天王星进行探究？

由于海王星和天王星距离地球十分遥远，因此能够探测这两颗行星的探测器并不多，目前就只有旅行者二号。

而且旅行者二号也不是专职对两颗行星进行探测，它只是在罗国的时候进行了短期的探测，然后就飞走了。

因此人类对这两颗行星的了解比对木星、土星的了解要少得多，这意味着这方面存在着等待人类去探索的广阔空间。

更重要的是，根据美国宇航局的研究发现，类似天王星、海王星这样的冰巨星在太阳系外更为常见，它们在银河系里的常见度是类似木星的行星的十倍左右。

因此如果能够对海王星和天王星的内部有所了解，那么科学家们则可以在不让探测器飞出太阳系的情况下对系外行星有更深入的了解。

什么想法诱导了新发现的产生？

起初科学家们对海王星和冥王星不抱太多希望，是因为这两颗行星上的碳元素实在是太少了。

但后来他们通过研究发现，它们的核心可能存在着水、甲烷和氨等物质，这为该研究小组的想法提供了基础条件。

而且已经有实验证明，在一定的压力和温度下，甲烷可以作为原料转化为钻石。

之后德国物理学家克劳斯使用X射线衍射证明了甲烷确实能够转化成钻石，因此该研究团队获得了启发，决定将该研究继续深入下去。

团队中的研究人员克劳斯表示，X射线衍射实验为他们新实验模型的搭建提供了一些重要参数，这也是后续研究能够顺利进行的重要基础。

研究团队如何进行模拟气态行星内部的钻石形成过程？

实验开始后，实验人员利用光学激光脉冲照射聚苯乙烯，使其产生强劲的冲击波，冲击波打在材料上让材料立马升温到4727摄氏度，同时将大大提高了环境压力。

研究人员克劳斯表示，实验中所产生的气压相当于将250头非洲象放在大拇指指甲盖上，其气压之高难以想象。

之前的实验普遍使用X射线衍射来探测材料的内部结构，但这种方法一般只对类似甲烷这种呈现晶体结构的物质有用，对非晶体结构的物质则很难呈现出完整的图片。

研究人员为了解决该问题，采用了另一种方法来观测聚苯乙烯电子的散射情况，实验最终呈现出了较好的观察结果。

该研究结果的意义重大，还可延伸到对木星和土星的研究

以上模拟实验证明，海王星和天王星的内部确实可能存在着下钻石雨的情况，这是首次有理论证明即使行星的碳元素不足，也有可能形成钻石，扩展了科学家们思考行星问题的思路。

同时也扩展了科学家对这两颗行星的认知，在得到一些真实的探索和研究数据之前，一切皆有可能。

此外，克劳斯还表示在实验室里模拟出的行星内部的极端环境条件，同样可用于研究木星和土星的内部情况。

这两颗气态行星的大气中也存在大量的氢气和氦气，但大气层下的世界则还是一片未知的世界。

或许未来可以通过该发现的研究方法来探索木星和土星的内部情况，甚至是形成过程和演化历史。

宇宙中的钻石星球，距离地球约50公里

钻石在地球上属于稀有度极高的物质，原钻经过人工打磨后价格居高不下，目前市面上钻石的价格至少在一克拉上万块。

而且钻石越大，每克拉的价格就越高，因此往往会出现一些十克拉不到的钻石价格就去到了上百万。

正因为钻石在地球上的价格很高，因此不少网友打起了其他星球的主意。

如果能够在宇宙中发现更多的钻石星球，等到人类航天技术发展到足够高的水平时，便可以对它们进行开采了。

这样的想法还真不是白日梦，至少科学家们已经在宇宙中发现了货真价值的钻石星球。

这颗编号为 BPM37093的星球是美国天文学家在2010年发现的，经过研究其核心由超高密度的结晶碳组成，也就是我们所说的钻石。

根据天文学家的观测和研究数据显示，BPM37093是一颗白矮星，经推测它应该是一颗比太阳稍微大一些的恒星结束生命之后形成的，算是宇宙中较为稀有的类型。

它距离地球大约50光年，这个距离虽然距离地球并不近，但是相比起那些动不动就距离上千光年的类地行星来说，BPM37093还是在人类未来的探索蓝图内。

参考资料：

Science Alert 6月29日 《海王星下了钻石，现在我们终于可以知道》

木星是气态行星，如果把木星上的气体全部吹走，会结果

比如说有人就提出了这样一个问题：既然木星是气态行星，那如果把木星上的气体全部吹走，会有什么结果呢？下面我们就来讨论一下。

首先要讲的是，所谓的气态行星并不是指全部是由气体构成的行星，而是指不以岩石或者其他类型的固体为主要成分、没有确定的固态表面的行星，也就是说，气态行星也是可以拥有固态核心的。

那么木星到底有没有固态核心呢？其实这个问题的答案也是科学家们很想知道的。

尽管以人类当前的科技水平，暂时还不能直接进入到木星深处去直接探索，但通过探测器在木星附近收集到的数据，我们还是可以间接猜测出木星的内部结构。

如上图所示，在探测器飞越木星的过程中，其发出的无线电信号会因为木星的引力变化而出现细微的多普勒频移，通过大量对照探测器的实际轨道和理论轨道的差异，就可以构建出木星的重力场模型，进而猜测出木星内部的质量分布。

科学家根据“先驱者10号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”、“伽利略号”、“朱诺号”等多个探测器传回的数据猜测出，木星很可能存在一个由重元素构成的固态内核，其质量在地球的12倍至45倍之间注：这里的重元素是指比氢和氦更重的元素。

因此科学界普遍认为，木星应该有一个致密的固态核心，其外包裹着大量的氢和氦注：木星主要由氢和氦构成，其中氦占其质量的大约4分之1，其他的绝大部分都是氢。

由于随着深度的增加，木星上的物质会逐渐变得更热、也更致密，因此木星的结构应该是：最外层是气态的氢和氦，当深度增加到一定程度时，氢和氦就以液态存在，而在更深的位置，极端的压强会将氢原子中的电子“挤”出来，使得它们像金属一样可以导电，这种状态的氢也被称为“金属氢”，在此之下就是木星的固态核心大概如下图所示。

据此我们可以得出，木星上层的气体一旦消失，木星上的那些原来处于高压状态下的液态氢、液态氦以及“金属氢”都会因为失压而转变成气体，在这种情况下，如果把木星上的气体全部吹走，其结果就是木星会失去几乎所有的氢和氦，只剩下一个比原来小得多的固态核心。

值得一提的是，虽然我们人类目前并没有能力把像木星这样的气态行星上的气体全部吹走，但宇宙中那些能量巨大的太阳却可以做到。

从理论上来讲，假如一颗气态行星与其主太阳的距离太近，它的气体就会被主太阳不断地剥离，久而久之，这颗气态行星就会只剩下一个固态核心如果它有的话，科学家给这种奇特的天体起了一个奥秘的名字——“冥府行星”Chthonian planet。

有意思的是，我们有可能已经发现了一颗“冥府行星”。

这颗星球被命名为“TOI-849b”，距离地球大约730光年，由“凌星系外行星巡天卫星”TESS于2020发现，其主太阳被命名为“TOI-849”，是一颗与太阳相似的黄矮星。

观测数据表明，“TOI-849b”的体积与我们太阳系中的海王星差不多，但它的质量却大约是海王星的2.3倍，地球的39.1倍，密度约为5.2克/立方厘米，与像地球这样的岩石行星相当。

另一方面来讲，“TOI-849b”距离它的主太阳非常近，以至于其表面温度可以高达1530摄氏度左右，并且大约每18个小时，它就会完成一次公转。

所以我们可以做一个合理的猜测，“TOI-849b”曾经是一颗与木星相似的气态行星，后来因为某种原因迁徙到了距离其主太阳非常近的轨道，在此之后，它的气体就持续地被主太阳“吹”走，最终演化成了一颗“冥府行星”，而这也很可能就是木星上的气体被全部吹走后的结果。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

既然木星是气态行星，那么人类发射的航天器能不能直接穿过木星

比如在太阳系内，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星就是属于行星，而冥王星，则和谷神星、阋神星、鸟神星等一起属于矮行星。

穿越木星在太阳系内，位于火星和木星轨道之间还存在着数以十万计的小行星，我们称为小行星带。

当然，我们人类最为关注的还是八大行星，我们根据八大行星的物理性状可以分为两类，一类是和地球一样具有固体表面，岩石行星，称为类地行星，包括水星、金星和火星。

太阳系示意图另外一类就是和木星一样，是有气体来组成的行星，在太阳系内包括木星、土星、天王星和海王星，这些行星和类地行星来比，通常具有体积和质量更大，但是由于是气体组成，所以往往平均密度较小。

那么，既然木星是气态行星，那么我们人类发射的航天器，包括宇宙探测器，或者将来有可能发射的宇宙飞船，能不能直接穿过木星？太阳系八大行星目前来看，人类发射的航天器很难穿越木星，我们这里假设我们从木星的中心穿过。

虽然木星是一颗气态行星，那只是表明木星的主要组成成分是气体，主要是氢和氦，从木星的结构来看，最外面是包围整个木星的大气层，充满着气体，而且在不停的运动之中，形成气体旋涡，比如著名的“大红斑”。

木星南极洲而在木星大气层之下，随着越往木星内部，压力越来越大，气体被不断压缩，形成了液态金属氢，这需要的压力相当于25万个地球大气压，我们要用什么材料才干承受这种压力呢？如果再往木星内部前进，到了木星的中心，我们猜测虽然木星是一颗气态行星，但是其中心是有一个岩石核心，由硅酸盐和铁来组成。

所以在物体状态下，木星内部的高温、高压，以及岩石内核都不支持航天器穿越它。

木星内部结构木星在行星分类上，是一颗气态行星，但是这里的气态，并不是我们地球上所想象的像我们的大气层一样的气体。

我们知道，就算是地球上的大气层，当天宫一号从宇宙坠落，经过大气层时，也会因为剧烈摩擦而燃烧，更何况是更为稠密的木星大气层，所以，以目前的人类技术，别说穿越木星，连木星大气层这一关都过不了。

木星探测器“朱诺号”人类的认知是有限的，我们只能在现有的条件下进行假设，就像农业社会时期的人类，也无法想象现在的互联网时代。

那么，我们说无法穿越木星，也是基于当前的认知，说不定在将来，人类科技进步，就能实现。

朱诺号发射升空