天王星和海王星上真的有“钻石雨”吗？什么是钻石雨？

　　冰巨人天王星和海王星没有得到足够的压力；所有的注意力都集中在他们更大的兄弟姐妹身上——强大的木星和壮丽的土星。 乍一看，天王星和海王星只是乏味的、无聊的分子球。但隐藏在这些世界的外层之下，可能有一些壮观的东西：持续不断的“钻石雨”。

　　“冰巨星”可能会让人联想到托尔金式的生物，但它是天文学家用来对太阳系最外层行星天王星和海王星进行分类的名称。

　　然而，令人困惑的是，这个名字与你通常认识的冰毫无关系——比如你饮料中的冰块。区别来自这些行星的构成。该系统的气态巨行星木星和土星几乎完全由气体构成：氢和氦。正是通过这些元素的快速吸积，这些巨大的行星才成功膨胀到现在的大小。

　　相比之下，天王星和海王星主要由水、氨和甲烷组成。天文学家通常称这些分子为“冰”，但实际上并没有很好的理由，只是当行星最初形成时，这些元素很可能是固体形式。

　　在天王星和海王星绿色或蓝色云层的深处，有大量的水、氨和甲烷。但这些冰巨星可能有岩石核心，周围环绕着可能被压缩成奇异量子态的元素。在某些时候，这种量子怪异转变为一种超加压的“汤”，通常越靠近表面越稀薄。

　　但说实话，我们对冰巨人的内部知之甚少。我们上一次获得这两个世界的特写数据是在 30 年前，当时航海者 2 号在其历史使命中呼啸而过。

　　从那时起，木星和土星已经接待了多个轨道探测器，但我们对天王星和海王星的看法仅限于望远镜观测。

　　为了试图了解这些行星内部的情况，天文学家和行星科学家必须获取这些微薄的数据，并将其与试图复制这些行星内部条件的实验室实验相结合。另外，他们使用了一些很好的老式数学——很多。数学建模有助于天文学家根据有限的数据了解在给定情况下发生的事情。

　　正是通过数学模型和实验室实验的结合，我们意识到天王星和海王星可能有所谓的钻石雨。

　　什么是钻石雨？

　　钻石雨的概念最早是在 1977 年航海者 2 号任务发射之前提出的。原因很简单：我们知道天王星和海王星是由什么组成的，而且我们知道，随着你进入的行星越深入，物质就会变得越来越热、越来越稠密. 数学模型有助于填充细节，例如这些行星地幔的最内部区域的温度可能在 7,000 开尔文（12,140 华氏度，或 6,727 摄氏度）左右，压力是地球大气压力的 600 万倍。

　　这些相同的模型告诉我们，地幔的最外层稍微冷一些——2,000 K（3,140 F 或 1,727 C）——并且压力稍微低一些（地球大气压的 200,000 倍）。因此，很自然地要问：在这种温度和压力下，水、氨和甲烷会发生什么？

　　特别是对于甲烷，巨大的压力可以将分子分解，释放出碳。然后碳找到它的兄弟，形成长链。长链然后挤在一起形成像钻石一样的结晶图案。

　　密集的钻石结构然后穿过地幔层，直到它变得太热，在那里它们蒸发并漂浮回来并重复这个循环——因此被称为“钻石雨”。

　　验证这个想法的最好方法是向天王星或海王星发送宇宙飞船。这不会很快成为一个选择，所以我们必须采用次优方法：实验室实验。

　　在地球上，我们可以向目标发射强大的激光，以非常简单地复制冰巨星内部的温度和压力。一项使用聚苯乙烯（又名聚苯乙烯泡沫塑料）的实验能够制造出纳米级钻石。天王星和海王星不含大量聚苯乙烯，但塑料比甲烷在实验室中更容易处理，而且可能表现得非常相似。

　　此外，天王星和海王星可以比实验室激光更长时间地保持这些压力，因此钻石可能会长到比纳米尺寸大得多。

　　最终结果，根据我们对冰巨星的组成、内部结构、实验室实验结果和我们的数学模型的了解，钻石雨是非常真实的。