Виробництво наноалмазів із пластику дозволить створити нові способи перероблення та матиме наслідки для розуміння Нептуна та Урану, на яких випадає алмазний дощ, повідомляє Vice.

На крижаних гігантах, під екстремальним тиском і високими температурами глибоко під поверхнею планети вуглеводні перетворюються на алмази, які залишаються там назавжди. Починаючи з 1970-х років, вчені вважали, що алмази справді можуть утворювати алмазний дощ.

У 2017 році дослідники з Німеччини та Каліфорнії виготовили наноалмази, відтворивши умови, у яких алмази утворюються на Нептуні та Урані. Для цього вони використали полістирол (він же пінополістирол). Дослідження, опубліковане у п’ятницю в Science Advances, свідчить, що 5 років опісля вчені повернулися до експериментів, цього разу використовуючи поліетилентерефталат (ПЕТ). Це дослідження має наслідки не тільки для нашого розуміння космосу, але й прокладає шлях до створення наноалмазів із відходів пластику.

Домінік Краус, науковець німецької дослідницької лабораторії Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf і провідний автор дослідження, в електронному листі виданню Vice розповів, що спершу вони з колегами експериментували з полістиролом, який містить ті самі елементи вуглецю та водню, що й на Нептуні та Урані. Вони зробили це, бомбардуючи матеріал когерентним джерелом світла Linac – потужним рентгенівським лазером у Національній прискорювальній лабораторії SLAC у Каліфорнії. Цей процес швидко нагрів полістирол до 5 000 Кельвінів і стиснув його на 150 гігапаскалів, майже відтворивши умови, які спостерігаються приблизно на глибині 9 656 км крижаних планет.

Згодом дослідники зрозуміли, що експерименту бракує кисню, тож звернулися до ПЕТ, адже пластик має хороший баланс потрібних елементів. Це робить його більш хімічно наближеним до крижаних гігантів, ніж полістирол.

«Хімія в цих умовах дуже заплутана, а моделювання надзвичайно складне. «Все може статися» — це типова фраза під час обговорення таких сценаріїв з теоретиками», — сказав Краус. «Справді, були деякі прогнози, які показують, що присутність кисню допомагає [вуглецю відділятися від водню] і утворює алмаз, але також є ідеї, що це може бути навпаки».

Краус і його колеги взяли шматок ПЕТ та провели його через ті самі експериментальні рухи, що й у 2017 році, проте включили так звану рентгенівську дифракцію під малим кутом. Це було зроблено для того, щоб побачити, як швидко і наскільки великі алмази ростуть.

«Ми виявили, що наявність кисню посилює утворення алмазів, а не запобігає йому, що робить «алмазний дощ» на цих планетах більш імовірним сценарієм», — сказав Краус. «Ми [також] бачимо, що алмази стають більшими при більш високому тиску та з часом в експериментах».

Вченим вдалося отримати багато крихітних алмазів лише за один рентгенівський знімок, але Краус сказав, що цього недостатньо для таких прикладних цілей, як алмазні квантові датчики, які використовуються для виявлення магнітного потоку, або хімічні каталізатори, яким потрібна мінімум пара міліграмів. Однак згодом це можна збільшити для досягнення цілей і це стане першим кроком до більш розкішного способу перероблення пластику.

«Якщо промислове масштабування процесу формування справді працює, як обговорювалося вище, і наноалмази знадобляться у дуже великих кількостях для певних процесів, наприклад, для каталізу індукованих світлом реакцій відновлення CO2, які допомагають зменшити глобальне потепління, це дійсно може стати потенційним способом для переробки великої кількості ПЕТ», – сказав Краус.

Втім, важливо не випускати з уваги науковий намір: краще зрозуміти, як екстремальні умови навколишнього середовища на крижаних планетах призводять до алмазних дощів. Краус і його команда вважають, що вони також знайшли більше доказів дивного типу води, спочатку теоретизованого, але потім остаточно відкритого у 2019 році.

У 2018 році газета New York Times повідомила, що її називають суперіонною водою, а діє вона як щось середнє між твердою та рідкою речовинами. Вважається, що вона заповнює мантії Нептуна, Урана та потенційно незліченних інших крижаних гігантів та планет. Можливо, ця речовина не має жодного застосування на Землі, але її присутність може пояснити, чому деякі небесні тіла мають своєрідні магнітні поля.

На думку Крауса, виявлення того, що наноалмази справді утворюються всередині крижаних гігантів, підвищує ймовірність виникнення умов для суперіонної води. Проте чоловік каже, що у їхніх з командою експериментах «ще не бачили прямих доказів утворення суперіонної води разом з алмазами».

«[Але] наші експерименти показують, що вуглець відокремлюється від водню та кисню, дозволяючи утворювати області чистої води всередині планет. Таким чином, роблячи випадіння алмазів більш реалістичним сценарієм на цих планетах, утворення суперіонної води також стає більш імовірним», — додає Краус.

Крім суперіонної води, Краусу та його колегам потрібно більше часу, щоб дослідити наноалмази. Вони шукають способи виготовити велику кількість крихітних дорогоцінних каменів за лічені хвилини за допомогою більш доступних, але все ще високоенергетичних лазерних систем. Науковці можуть спробувати додати азот, щоб побачити, як це вплине на форму наноалмаза. Сам азот досить часто зустрічається в алмазах — близько 98 відсотків природних алмазів містять від десятків до кількох сотень частин на мільйон атомів азоту.