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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 亚洲金融科技博览会在香港举行 探讨合作新机遇

  • 国庆期间海南离岛免税市场销售火热

独家策划

推荐阅读
记者邓晖从清华大学获悉,该校物理系丁世谦团队近日利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光,以及与合作团队共同研制的掺钍-229氟化钙晶体,实现钍-229核跃迁吸收光谱测量,并将激光频率稳定锁定至核跃迁,实现核光钟运行。
2026-10-09 10:02
获嘉县艳阳天农业服务专业合作社理事长徐方子站在试验田的地头,轻点手机屏幕,电动阀应声开启,水肥顺着滴灌管线精准送达每一株玉米根部。从“会种地”到“慧种地”,从中原粮仓到国人餐桌,河南把创新嵌进农业家底里,让老把式用上新技术,让泥土地长出新生意。
2026-10-09 10:03
国家卫生健康委、国家发展改革委近日印发《医疗康复护理扩容提升工程实施方案》。根据方案,“十五五”期间,原则上支持每个省份建设至少1个康复或护理临床重点专科,省级、设区的市级临床重点专科建设向康复、护理专业倾斜。
2026-10-09 10:05
题:新就业形态劳动者权益保障新规回应哪些关切 随着依托互联网平台就业的新就业形态劳动者数量持续增长,新就业形态劳动者权益保障办法将着力保障该群体合法权益,推动新就业形态健康发展。
2026-10-09 10:07
作为区域性的综合农业服务枢纽,现代农事综合服务中心可以统筹农技、农资、农机、加工、物流、销售等服务能力。“十五五”期间,数字乡村、智慧农业既要持续加强技术研发,也要更加重视通过完善的服务体系把数字化、智能化能力送到田间地头。
2026-10-09 10:11
9月24日,江苏苏州太仓市沙溪镇虹桥村连片稻田里,晚稻正值灌浆关键期,预计10月下旬即可开镰秋收。自此,太仓全市366台粮食烘干设备实现清洁热源100%全覆盖,秋粮归仓的“最后一公里”即将全程用上绿能。
2026-10-09 10:14
你知道吗,复杂的电路系统也可以“纺”进柔软的纤维里,编织机器人电子皮肤成为可能。
2026-10-08 09:26
全球河流每年向海洋输送多少微塑料?答案是约26万吨。河流是陆源微塑料进入海洋的重要通道之一,但全球河流一年到底输送了多少微塑料,这些污染又集中在什么时候入海,一直缺少可靠估算。
2026-10-08 09:18
水稻的生长发育涉及不同类型细胞的协同作用。
2026-10-08 09:17
一粒黄豆,如何酿成一瓶“智慧”酱油?一把原丝,怎样织就全球棉纺织行业首座“灯塔工厂”?一颗玉米,又如何扛起粮食安全的分量?
2026-10-08 09:16
在分子的镜像世界里,生命体系的某些关键分子,为何偏爱其中一种模样?
2026-10-08 08:30
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
现代科技发展史反复印证着一个道理:许多新技术的突破,归根结底都依赖材料的新发展。
2026-09-30 09:33
世界知识产权组织29日公布的2026年《全球创新指数》中,香港在全球139个经济体中排名再升一位至第14位,并在亚洲保持第五位。
2026-09-30 09:30
科学家绘制出了人体前额叶皮层脑区的已知最大规模基因表达图谱。这些研究进一步阐释了前额叶皮层脑区在生命不同阶段的发育情况,有望用于研究衰老、认知衰退和疾病易感性。在第二篇发表于《自然》论文中,西奈山伊坎医学院的Donghoon Lee和同事报道了一个与脑疾病相关的基因表达变化图谱。
2026-09-29 09:39
纤维的材料层次、器件结构和电路互连随成形过程共同建立起来,让纤维本身成为电路。另一组实验中,研究团队利用纤维组成的柔性交互界面及配套系统,实现了手指对机械臂和无人机的非接触控制。
2026-09-29 09:39
(记者王政)工业和信息化部等7部门28日联合印发《新型电池产业发展“十五五”规划》,提出到2030年,我国新体系电池研发取得重大进展,全固态电池初步实现规模化应用。
2026-09-29 09:40
加载更多