גשם יהלומים על נפטון ואורנוס: מדענים שחזרו אותו במעבדה
ב-25 באוגוסט 1989 חלפה הגשושית וויאג'ר 2 מעל הקוטב הצפוני של נפטון, במרחק של כ-4,950 ק"מ בלבד. מאז לא ביקרה שם אף גשושית אחרת. אין בנפטון קרקע מוצקה שאפשר לנחות עליה, ולכן כל מה שאנחנו יודעים על פנימיותו מבוסס על חישובים, תצפיות מרחוק וניסויי מעבדה. והחישובים האלה מציירים תמונה שקשה להאמין לה: עמוק מתחת לעננים מתפרק המתאן, הגז שאחראי לצבעו הכחול של הכוכב, והפחמן שבו מתגבש ליהלומים.
נפטון, ששמו העברי הוא רַהַב על שם "שר הים" במסורת היהודית, הוא הרחוק ביותר מבין ארבעת הענקים של מערכת השמש, והקטן שבהם בקוטרו. יחד עם אורנוס הוא מכונה "ענק קרח". אל תחשבו על קוביות מהמקפיא: זה תערובת של מים, אמוניה ומתאן שנדחסה לנוזל חם וצפוף. הרוחות בשכבה העליונה מגיעות לכ-2,000 קמ"ש, מהירות שנמנית עם הגבוהות ביותר שנמדדו במערכת השמש. אבל ב-2013 חישבו חוקרים ממכון ויצמן שהן מוגבלות לשכבה דקה יחסית, בעובי של כ-1,000 ק"מ. מתחתיה מתחיל עולם אחר.
ב-1981 פרסם החוקר מרווין רוס מאמר בכתב העת "טבע", תחת הכותרת "שכבת הקרח באורנוס ובנפטון , יהלומים בשמיים?". הוא התבסס על ניסויים שבהם דחסו מתאן בגל הלם (דחיסה פתאומית וחזקה), ומצא שלחץ קיצוני מפרק את המתאן ומשחרר את אטומי הפחמן להתגבש ליהלום. לפי המודלים, התנאים לכך מתקיימים בעומק של אלפי קילומטרים בתוך הכוכב. היהלומים הצפופים שוקעים לעבר הליבה, וזה גשם היהלומים. אבל האם מישהו יכול לראות אותו?
המעבדה שצילמה יהלומים בזמן אמת
במשך עשורים נשארה ההשערה על הנייר. ב-2017 השתנה המצב. צוות בהובלת דומיניק קראוס, פיזיקאי ממרכז הלמהולץ דרזדן-רוסנדורף בגרמניה, ירה לייזר עוצמתי בפלסטיק מסוג פוליסטירן, שעשוי מפחמן ומימן ומדמה תרכובות של מתאן. הלייזר יצר זוג גלי הלם: הראשון קטן ואיטי, והשני חזק ממנו ומשיג אותו. ברגע החפיפה הלחץ מגיע לשיאו, ואז נוצרים רוב היהלומים. פולסים של קרני רנטגן, שנמשכו כ-50 קוואדריליוניות של שנייה בלבד, צילמו את התהליך בזמן אמת.
כמעט כל אטום פחמן בפלסטיק התגבש ליהלום זעיר, ברוחב של כמה ננומטרים (מיליארדיות המטר), דק בהרבה משערת ראש. "בעבר חוקרים יכלו רק להניח שהיהלומים נוצרו", אמר קראוס. על נפטון ואורנוס מעריכים החוקרים שהיהלומים גדולים בהרבה, אולי במשקל של מיליוני קראט, כלומר מאות קילוגרמים. במשך אלפי שנים הם עשויים לשקוע לאט דרך שכבות הקרח ולהצטבר סביב הליבה.
אבל מה קורה כשהחומר אינו נקי? כוכב לכת אמיתי הוא לא פלסטיק טהור. מלבד מתאן יש בענקי הקרח גם מים ואמוניה, והשפעתם על היווצרות היהלומים עדיין אינה ידועה. הניסוי מ-2017 מדמה את התנאים רק בקירוב. לכן הוא מראה שיהלומים יכולים להיווצר בתנאים כאלה, אבל הוא לא מוכיח שכך בדיוק קורה בעומק הכוכבים עצמם. כלומר, מה שנראה במעבדה הוא אפשרות סבירה, ולא תמונה ישירה מתוך נפטון.
מה גשם היהלומים חושף על הכוכבים
כאן מגיע החלק שהופך את הסיפור לחשוב. אצלנו בכדור הארץ השדה המגנטי, זה שגורם למצפן להצביע צפונה, יוצא מהקטבים בצורה מסודרת. בנפטון ואורנוס הוא עקום ומבולגן, ונראה שהוא נוצר בשכבה דקה קרוב לפני השטח, ולא במרכז הכוכב. לפי אחד החוקרים, היהלומים נוצרים מעל שכבה של "קרח" נוזלי שמוליך חשמל, וכשהם שוקעים הם מערבלים אותה כמו כף בתוך קפה. התנועה הזאת מייצרת זרמי חשמל, וזרמי החשמל יוצרים את השדה המגנטי. בנוסף, הגשם מחמם את הכוכב מבפנים. החוקר קרא לזה "חידה מסקרנת לפתרון".
המשמעות רחבה מנפטון. מדענים מאמינים שענקי קרח הם סוג כוכבי הלכת הנפוץ ביותר מחוץ למערכת השמש, ותוצאות מ-2024 מצביעות על כך שגשם כזה אפשרי גם בכוכבים קטנים יותר, המכונים מיני-נפטונים. ויש גם תועלת קרובה לבית: ננו-יהלומים, גבישי יהלום זעירים, מיוצרים כיום בפיצוץ חומר נפץ, תהליך שקשה לשלוט בו. ייצור בלייזר מפלסטיק זול עשוי להיות נקי ומבוקר יותר, ולשרת חיישנים רגישים במיוחד וחומרי ניגוד רפואיים. מי שמתבונן בניסויים האלה רואה איך הקב"ה הטביע בחומר חוקים מדויקים, גם במקום שאיש לא יגיע אליו.
ומה עוד לא ברור? הרבה. אין שום תצפית ישירה בגשם עצמו, והיווצרות היהלומים רגישה לכימיה: מחקרים משנת 2022 ו-2023 מצביעים על כך שחמצן ומים עלולים לייצר תרכובות מורכבות של פחמן וחמצן במקום יהלום טהור. ההצעה שגשם כזה יורד גם על צדק ושבתאי נחשבת לפחות סבירה. בניסוי נפרד של מעבדת לורנס ליברמור הלאומית בארה"ב התברר, להפתעת החוקרים, שיהלום מוצק צף על פחמן נוזלי.
אז מה השורה התחתונה? בינתיים יש רק ניסויי מעבדה שמראים שהתופעה אפשרית, ועדיין אין דרך לבדוק אותה בתוך נפטון עצמו. אנדי טומסוויק, מהנדס שכתב על כך באתר המדע יוניברס טודיי ("היקום היום"), סיכם בחצי חיוך: "אולי יום אחד נשתמש בחלליות המונעות בהיתוך כדי לבקר בפנים של נפטון ולראות את היהלומים יורדים בזמן אמת."
תגובות
היו הראשונים להגיב!