点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:地球上为什么不会下钻石雨?
首页> 光明科普云> 图文 > 正文

地球上为什么不会下钻石雨?

来源:蝌蚪五线谱2023-03-06 19:47

  近期,美国科研团队通过模拟场景实验后推断,土星、木星及太阳系外的很多星球上空都会下钻石雨。

  这是继关于“太阳系里天王星、海王星上空经常下钻石雨”研究理论的又一突破。

  物以稀为贵。作为地球上最昂贵的物品之一,钻石因闪亮坚硬且量少而深受人们喜爱,由它所做的钻戒更是求婚的主打礼物。

  天王星、海王星、土星、木星等都下钻石雨,地球上怎么不下呢?实验室模拟的钻石雨场景,可以推广运用吗?

  高档钻石,图源:钻石交易网

  01

  不一般的雨!

  想象中的雨,自然是天空的“水”飘洒而下。实际上,这只是地球上的特殊场景。

  众所周知,地面上的水受太阳光照射后变成水蒸气(又称“水汽”)。水汽上升到空中,遇到冷空气变成小水滴。

  这些小水滴有两种结局:又小又轻的被气流托在空中,变成了云;稍大的,经聚合后重力超过空气浮力,变成雨滴落到地面。稍大的雨滴如果遇到急剧下降的温度,雨滴就会凝结成冰雹降落。

  由此得知,下雨属于物理变化。

  雨雪形成示意图,来源:线上课堂网

  下钻石雨与地球上空的下雨本质上不同。据1986年探测器飞掠天王星、1989年飞掠海王星得到的数据和科学家实验模拟还原钻石雨的过程得知, 星球上空的雷电将气体中的甲烷分解,从而形成煤灰形态的碳,碳下落变成石墨,石墨落到星球深处因巨大的压力形成钻石。

  从甲烷到碳到石墨再到钻石,这个过程明显属于化学变化。

  晶莹剔透的钻石跟黑糊糊的碳粉、石墨是一家人

  图源:钻石交易网

  进一步分析得知,下钻石雨主要取决于两个条件

  首先是上空有一定数量的甲烷。上世纪末西方科学家研究发现,在一定温度和压强条件下,甲烷会分解产生碳原子,最终聚合形成钻石。

  太阳系四大气态行星里,天王星、海王星不像地球一样有岩石、土壤,而是布满由氢、氦、甲烷、乙烷等气体组成的大气层。

  科学家们一度认为,由于甲烷占总气体的约15%,所以它们上空完全符合下钻石雨的条件;土星、木星上空含甲烷量很低,不足总气体的0.5%,所以不会下钻石雨。

  近期美国科研团队研究推断,土星、木星上空不但会下钻石雨,而且约有1000000千克/天的碳落入星球深处变成钻石,其含量是地球钻石年存量的50倍。这些钻石“雨”里,大的直径超过1厘米,类似约15克拉的大钻石。

  其次是必须具备特殊的自然现象或条件,比如强闪电、超高气温、超高压强和超厚的大气层或球幔。除了每秒十次的闪电风暴,几千度的高温,上百万帕的压强外,超厚的大气层或球幔为甲烷变成钻石提供了绝佳场所。

  以土星和木星为例。据推测,它们的大气层有几万千米,而地球的大气层只有约 100千米;它们的直径超过12万千米,是地球直径的10倍以上,其球幔厚度可想而知。甲烷被土星和木星上空的强闪电击穿后,下降4000多千米变成石墨,石墨下降6000多千米到达星球表面,因强压变成钻石。钻石越过10000多千米的球幔到达星核,超高温让它们变成液态,形成名符其实的“钻石海”。

  海王星结构图,由外至内依次为高层大气、低层大气、球幔、球核,图源见水印

  02

  见不到的钻石雨!

  作为人类已知唯一孕育和支持生命的天体,地球上从没出现也不可能出现钻石雨。

  第一,地球上的甲烷含量占总气体的0.0002%,即使全部转化为钻石,也只是土星上钻石数量的千分之一。

  第二,地球上的大气压远远不能把甲烷变成钻石,完成此操作的大气压,足以把高山压成粉末,更不要说人体。

  第三,退一万步讲,即使在地球上空完成甲烷变钻石的操作,但由于下落速度高、锯齿边缘锋利等原因,定会将地球表面破坏得千疮百孔,后果不可想象。

  模拟的钻石雨,来源:逐游酣星博客

  天空中不会下钻石雨,那可否像之前美国科研团队的研究那样,通过实验制取批量钻石呢?

  答案是否定的。因为实验不但需要超级昂贵和复杂的设备,而且模拟星球内部环境的技术难度也非常大。其难度主要表现在闪电、高温、压强等方面。

  闪电强度不是一般大。气态星球上空大气层里的水蒸气,受星球内部的热量影响,会聚合形成雷暴云,进而产生闪电。

  据推测,木星上闪电强度是地球闪电的1000倍,频率可达每秒钟近10次。目前人类只能进行极小规模的超强闪电测试。

  木星上的狂暴闪电

  图源:NASA ,来自“朱诺号”探测器的拍摄

  分解物质温度需求相当高。要分解甲烷或类甲烷气体(如聚苯乙烯),得到其中的碳单质,必须把温度升高到5000摄氏度。实验到达此温度时只能分解极少量的甲烷。

  压强高得离谱。实验让石墨变成钻石,需要150万帕。1帕是指1牛顿的力均匀地压在1平方米面积时产生的压力强度。用美国模拟钻石雨科研团队成员克劳斯的话说就是,“(让石墨变成钻石的压强)相当于大约250只非洲象的重量集中在拇指甲表面所产生的压力。这或许也是海王星等气态星球表面以下10000千米处的环境”。

  由此得知,要从甲烷或类甲烷气体中提炼钻石,成本和难度都不可想象。有人推算,要从甲烷中提炼1克拉钻石,至少要花去购买1000克拉钻石费用。

  既没办法到天王星等星球上取钻石,期待地球下钻石雨也不可能,甲烷制取钻石又得不偿失,所以钻石雨的话题只能作为茶余饭后的谈资,或成为作家们创作科幻小说的素材!

  参考文献:

  1.论文《科学家成功创造出“钻石雨”》,《掌桥科研》2017年

  2.论文《太阳系八大行星的表面分析》,《科技与生活》2011年第20期

  3.文章《科学家猜测:宇宙中的“钻石雨”现象很常见》,牧夫天文论坛2022.9.14,作者解仁江

  END

  作者:魏德勇 广东深圳市作家协会会员

  审核:鲁暘筱懿 行星物理学博士,中国天文学会会员

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 文化遗产数字化论坛开幕倒计时1天

  • 倒计时1天!人工智能安全治理分论坛即将举行

独家策划

推荐阅读
人工智能的浪潮正在席卷从科技到教育,乃至全社会的各个角落,中国教育界正在积极推动学习和应用人工智能,以便乘势站在时代前列。今年6月,中国工程院院士、华中科技大学校长尤政提出,人工智能和批判性思维结合形成DNA式的“双螺旋结构”,将有力推动创新。
2025-09-16 09:14
15日,在2025年国家网络安全宣传周主论坛上,《人工智能安全治理框架》2.0版正式发布。落实《全球人工智能治理倡议》,《人工智能安全治理框架》1.0版于2024年9月发布,受到国内外广泛关注。
2025-09-16 09:13
光明日报北京9月15日电 记者陈晨从农业农村部获悉,2025畜禽种业发展论坛14日在北京市平谷区举行。论坛发布了第三次全国畜禽遗传资源普查、濒危畜禽遗传资源保护成效、主要畜种分子身份证构建和遗传评估优秀种公畜等重大成果,举办了畜禽种业振兴成果展,26家单位现场推介新技术、新设备、新成果,72家单位进行专场展示。
2025-09-16 09:13
数智技术以及数智互联技术将推进青年间社会化协同与知识共享,可精准连接青年学习者,并形成跨地域的学习社群与项目协作组。总而言之,数智技术能够为青年群体参与终身学习创造良好条件,能够充分激发青年群体参与终身学习的动力,能够更好地帮助青年群体全面发展。
2025-09-16 09:12
作者:王 珩、程松泉,分别系浙江师范大学教师教育学院教授;浙江师范大学教师教育学院博士生  当前,全球教育正经历一场由人工智能技术驱动的深刻变革。唯有坚守育人初心,在伦理框架内审慎推进技术应用,才能让人工智能真正成为引领教育发展的引擎,而非解构教育本质的飓风。
2025-09-16 09:11
在合成生物学和气候变化应对领域有巨大潜力。
2025-09-16 09:11
走进展区,多款新潮文创让人爱不释手;戴上设备,苏轼笔下的诗词世界任人遨游;指尖轻点,三千年前的青铜器“触手可及”……一系列新产品、新服务、新场景在2025年中国国际服务贸易交易会文旅服务专题亮相,漫步其中,处处感受到科技与创意奔涌、文化和旅游融合的无限活力。
2025-09-15 09:54
在2025年中国国际服务贸易交易会上,一批品类丰富、兼具趣味与文化内涵的文创精品成为展会现场的“人气王”,引爆观展热潮。
2025-09-15 09:54
最大网络基础设施的建成有助于我国突破关键技术的“卡脖子”困境,形成自主可控的核心技术优势,建立起数字经济产业的第二创新生态。 (作者:戎 珂,系清华大学社会科学学院经济学研究所所长、长聘教授;田晓轩,系清华大学社会科学学院经济学研究所博士研究生)
2025-09-15 09:53
今年暑期,工厂游火爆出圈。参观名额秒空、门票收入可观、社交平台相关笔记有10多万条,工厂游俨然成了文旅界新宠。 工厂游等新型旅游业态,实现了工业与文旅的跨界融合,也为文旅经济的发展提供了新增长点。
2025-09-15 09:52
深夜,河南焦作多氟多新材料股份有限公司的实验室依旧灯火通明,总工程师闫春生还在带着团队忙碌。 2006年,多氟多打响了由传统氟化工向精细氟化工、新能源材料转型的战役,闫春生临危受命加入六氟磷酸锂研发团队。
2025-09-15 09:51
2025年中国国际服务贸易交易会9月10日至9月14日在北京举办,众多科技产品亮相展区,吸引观众驻足参观。2025年中国国际服务贸易交易会9月10日至9月14日在北京举办,众多科技产品亮相展区,吸引观众驻足参观。
2025-09-12 10:08
汽车排放被认为是气候变化的“元凶”之一,但学术界一直缺乏对城市道路碳排放进行精准刻画的工具。”借助全景AI模型,可实现二氧化碳排放源的精准提取,模型的平均精度超过93%、平均误差低于1.3ppm(ppm为百万分比浓度)。
2025-09-12 10:01
习近平总书记指出:“要把握人工智能发展趋势和规律,加紧制定完善相关法律法规、政策制度、应用规范、伦理准则,构建技术监测、风险预警、应急响应体系,确保人工智能安全、可靠、可控。人工智能系统的可靠性不能停留在统计意义上的“高概率正确”,而应追求在复杂、开放、动态环境下的“高置信可靠”。
2025-09-12 10:01
10日,2025世界顶尖科学家协会奖(以下简称“顶科协奖”)获奖者名单在上海公布。顶科协奖是2021年在上海发起创设、由红杉中国独家提供永久资金支持的面向全球科学家评选的科学大奖。
2025-09-12 09:59
全球规模最大恐龙蛋化石群——湖北十堰青龙山恐龙蛋化石群的埋藏时代,首次被科学家认定为距今约8600万年。专家考证,这是迄今全球分布最集中、规模最大、埋藏最好、原地出露最多、原址保存最好的恐龙蛋化石群。
2025-09-12 09:58
9月10日上午,在马来西亚吉隆坡召开的国际灌排委员会第七十六届国际执行理事会会议上,2025年(第十二批)世界灌溉工程遗产名录正式公布,我国申报的云南元阳哈尼梯田、江苏句容赤山湖灌溉工程、四川彭州湔江堰、北京门头沟永定河古渠灌溉工程全部成功入选。
2025-09-11 10:18
“十四五”以来,我们牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,全力当好自然资源“大管家”和美丽中国“守护者”,全面完成了“十四五”规划的目标任务,有效支撑了经济社会的高质量发展。
2025-09-11 09:57
未来,城市的画卷上,AI、物联网与大数据等现代科技将继续深化推广,但唯有始终以人的尺度丈量技术,以人文的关怀驾驭创新,方能使城市永葆文气的深度、人气的热度与烟火气的温度,让每座城市都在科技的守护中,找到生生不息的发展动能。
2025-09-11 09:52
北京大学的科研团队与合作者联合开发出一种全新的“高维超分辨成像”技术,成功实现了对活细胞内15种细胞器的同时成像与精准识别,为细胞生物学研究打开了一扇全新的大门。
2025-09-11 09:43
加载更多