宇宙中可能遍布著鑽石行星,可惜環境過於惡劣,人類無法去開採

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鑽石恆久遠,一顆就破產。物以稀為貴,由於儲量並不非常豐富,再加上漂亮的造型和商業的烘托,鑽石成為了世界上最貴的商品之一。

我們都知道,鑽石的本質不過就是一些按四面體成鍵方式互相連接的碳原子。但是為了要形成這樣的結構,需要有非常嚴苛的條件,比如高溫和高壓。因此,在地球的表面很有這樣的環境,也造就了鑽石儲量相對有限的現狀。

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但是,宇宙之大,無奇不有。在廣袤的宇宙中,不僅有一些行星的鑽石儲量遠超過地球,甚至還有所謂的鑽石行星,可見其鑽石儲量之驚人。

說到底,一顆星球的鑽石儲量,首先取決於它含有多少「原材料」——碳。而一顆繞恆星天體擁有多少碳,既取決於它是氣體行星還是岩石行星抑或只是由冰組成的彗星,也取決於它的宿主恆星。這些天體都是和自己的宿主恆星形成於同一片原始星雲的,如果宿主恆星的含碳量比較高,那麼它也很有可能擁有一顆含碳量很高的行星。

不同的恆星有著不同的化學組成,它們只是外表看起來有點相似而已,其實內部大相徑庭。它們有的金屬元素含量更少一些,有的含有更多的氧或者鐵的元素。同樣的,我們在這種恆星周圍,可以看到和我們太陽系大不相同的恆星系統。

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比如,宇宙中有一些富碳恆星,它們的碳含量比較高,比氧還高。而它的行星,也可能擁有著比地球更豐富的碳。如果條件合適,其中的一些行星可能會含有大量的金剛石,甚至大部分都是由金剛石組成的,同時還有一點二氧化硅。亞利桑那州立大學地球與空間探索學院的地球物理學家Harrison Allen-Sutter說:「這些系外行星跟我們太陽系任何天體都完全不同。」

你可能以為這樣的說法太誇張了,但是理論確實是這樣的。而且,科學家們已經在實驗室通過對碳化硅的加熱和加壓,逐漸接近找到這個過程的反應條件了。

科學家最早提出這個想法,是在一顆距離我們41光年外的一顆行星上,那就是2011年時發現的55 Cancri e。當時科學家們發現了它驚人的碳含量,並且稱之為鑽石行星。不過進一步的研究顯示,它的宿主恆星含碳量並沒有最初發現時預計的那麼高。因此,雖然還不知道其他天體如何,但55 Cancri e的含碳量也比想像中要低一些。

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即便如此,這也不代表宇宙中就沒有鑽石行星。

據科學家推測,銀河系內大約有12%-17%的行星分布於富碳恆星的周圍,這意味著它們之中有很多都具備成為鑽石行星的基本條件。同時,根據現今對科學家已經發現的4200多顆系外行星的研究,鑽石行星出現的概率也相當之大。

如果這樣的行星存在,那麼它的主要組成成分很可能是碳化物組成的,這一點是經過科學家的探索證明的。他們認為,如果這樣的星球上擁有著大量的碳化硅,同時又擁有著一定量的水,那麼就可以將碳化硅分解為碳和二氧化硅。同時,加以足夠的熱量和壓力,這些碳單質就可以被壓縮稱為金剛石。

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(碳化硅)

為了驗證這個猜想,Allen-Sutter等人藉助了一種叫做金剛石砧壓槽(diamond-anvil cell)的裝置進行實驗。金剛石砧壓槽是一種可以加壓的設備,能夠給一些材料的樣品施加極大的壓力進行性能測試。

研究人員將非常小的碳化硅樣品浸入到水中,然後把樣品放置到金剛石砧壓槽上進行加壓測試。他們將壓強設定為到500億帕斯卡,也就是地表大氣壓的50萬倍,然後將擠壓過的樣品進行激光加熱。

果然,在18次反覆的實驗中,他們發現碳化硅和水真的在高溫高壓的作用下發生了平時條件下不會產生的反應,生成了鑽石和二氧化硅。

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由此,他們得出結論:在2500開爾文和500億帕斯卡的條件下,通過水的作用,含有碳化硅的行星很有可能會被氧化,最終形成一個富含二氧化硅的鑽石的星球。

你可能會問:這得是什麼樣的行星才能有如此恐怖的壓力?

當然,對於行星來說,表面的環境自然是不足以產生這樣的極端條件的,但是在行星內部就不一樣了。就像我們生活的地球,表面環境非常宜居,但是地核的物理條件就極其驚人了。科學家推測,地心處的溫度高達6000開爾文,壓力也可以達到地表大氣壓的上百萬倍,足以進行這樣的反應。因此,這些「鑽石行星」表面也許看起來還算正常,但是它們的內部充滿了鑽石和二氧化硅。

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所以,不要妄圖去這些行星上開採鑽石,就算航天器的速度足夠快,我們的科技也不足以剖開整個行星去核心處挖鑽石。就算能去,恐怖的環境也足以讓一個人瞬間灰飛煙滅。

那麼,如果宇宙中真的有這樣的鑽石行星,我們應該如何尋找呢?

研究團隊指出,我們可以通過恆星的組成元素來縮小範圍,然後通過密度曲線來確定行星的內部結構。尷尬的是,鑽石行星既不能給我們真正提供鑽石,也不能允許生命在上面生存。也就是說,我們找到這些鑽石行星,不是為了找到第二家園,而是要知道它們不是我們的第二家園。

這是因為,由鑽石組成核心的行星,地質活動基本上已經變成不可能了。而且這樣的行星所擁有的大氣層,也不適用於地球生物。

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Allen-Sutter指出:「這是我們在對日益增加和改進的系外行星觀測任務中,向更深入的理解和分析所邁出的一步。我們了解的越多,就越能好地通過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和南希·羅曼太空望遠鏡了解太陽系以外的世界。」

同時,排除鑽石行星的宜居性,也可以在很大程度上排除地外生命的可能。隨著我們的觀測和分析能力不斷增加,可能孕育生命的系外行星範圍越來越小,我們也終將知道人類在宇宙中到底有多孤獨。