×

นักวิทยาศาสตร์สร้าง ‘ฝนเพชร’ สำเร็จเป็นครั้งแรก!

01.09.2017
  • LOADING...

HIGHLIGHTS

3 mins read
  • นักดาราศาสตร์จำนวนหนึ่งเสนอสมมติฐานว่า ความดันและอุณหภูมิที่สูงมากอาจทำให้สารมีเทนที่มีอยู่มากมายในดาวเคราะห์อย่างเนปจูน หรือยูเรนัส เกิดการแตกออกเป็นคาร์บอนและไฮโดรเจน แล้วคาร์บอนเหล่านั้นเกิดการจัดเรียงตัวกันจนมีโครงสร้างเป็นเพชรแล้วตกลงสู่ใจกลางของดาว ทำให้ภายในของดาวเคราะห์เหล่านี้มีชั้น (layer) ของเพชรอยู่
  • ล่าสุด ทีมนักวิจัยจากประเทศเยอรมนี ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และอังกฤษ ร่วมทำการทดลองที่ห้องทดลอง SLAC National Accelerator Laboratory ของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดเพื่อจำลองการเกิดขึ้นของ ฝนเพชร ที่ระดับความลึก 10,000 กิโลเมตรจากพื้นผิวดาวเคราะห์อย่างยูเรนัสและเนปจูน
  • ละอองเพชร ในระดับนาโนที่ได้จากการทดลองในครั้งนี้ อาจนำไปสู่การประยุกต์ใช้อื่นๆ เชิงวิทยาศาสตร์ ไม่ว่าจะเป็นทางการแพทย์หรืออิเล็กทรอนิกส์

     ดาวเคราะห์ยักษ์ใหญ่อย่าง ดาวยูเรนัส หรือ ดาวเนปจูน นั้นแม้จะอยู่ห่างไกลจากดวงอาทิตย์มากจนทำให้พื้นผิวของมันเย็นจัด แต่ภายในของมันกลับมีอุณหภูมิและความดันสูงมาก นักดาราศาสตร์จึงเชื่อว่าความดันและอุณหภูมิที่สูงในระดับนั้นอาจทำให้สสารธรรมดาหลายอย่างอยู่ในสภาพ ‘ไม่ธรรมดา’ ขึ้นได้ เช่น มีฝนตกเป็นเพชร!

     เพชร กับ ถ่าน มีองค์ประกอบเป็นอะตอมคาร์บอนเหมือนกัน แต่มีการจัดเรียงตัวในลักษณะที่แตกต่างกัน ทำให้ทั้งสองอย่างมีคุณสมบัติและคุณค่าที่แตกต่างโดยสิ้งเชิง นักดาราศาสตร์จำนวนหนึ่งเสนอสมมติฐานว่า ความดันและอุณหภูมิที่สูงมากอาจทำให้สารมีเทนที่มีอยู่มากมายในดาวเคราะห์เหล่านี้เกิดการแตกออกเป็นคาร์บอนและไฮโดรเจน แล้วคาร์บอนเหล่านั้นเกิดการจัดเรียงตัวกันจนมีโครงสร้างเป็นเพชรแล้วตกลงสู่ใจกลางของดาวเคราะห์เหล่านี้ ทำให้ภายในของดาวเคราะห์เหล่านี้มีชั้น (layer) ของเพชรอยู่

 

Photo:SLAC National Accelerator Laboratory

 

     คำว่า ‘ฝน’ ในที่นี้จึงไม่ใช่ฝนที่เกิดจากเมฆเหมือนอย่างโลกของเรา แต่เป็นฝนที่เกิดขึ้นภายในดาวเคราะห์แล้วตกลงสู่ใจกลางของมันอีกที

     แนวคิดเรื่องชั้นเพชรใจกลางดาวเคราะห์เหล่านี้มีการพูดถึงมาร่วม 30 ปีแล้ว แต่ล่าสุด เมื่อปลายเดือนสิงหาคมที่ผ่านมานี้ ทีมนักวิจัยจากประเทศเยอรมนี ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และอังกฤษ ร่วมทำการทดลองที่ห้องทดลอง SLAC National Accelerator Laboratory ของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดเพื่อจำลองการเกิดขึ้นของ ฝนเพชร ที่ระดับความลึก 10,000 กิโลเมตรจากพื้นผิวดาวเคราะห์อย่างยูเรนัสและเนปจูน

     การทดลองนี้ใช้เลเซอร์สร้างคลื่นความดันสูงถึง 150 กิกะปาสคาล ซึ่งเป็นความดันที่สูงมหาศาล และมีอุณหภูมิราว 5,000 เคลวิน ซึ่งสูงพอๆ กับอุณหภูมิที่พื้นผิวดวงอาทิตย์!

     ปัจจัยเหล่านี้ทำให้เกิดสารพลีสไตรีน (polystyrene) ซึ่งประกอบในโฟมและพลาสติกหลายอย่างที่เราใช้กันทั่วไป และเป็นสารที่สามารถเกิดขึ้นได้บนดาวยูเรนัสและเนปจูน (แต่โพลีสไตรีนนั้นแตกต่างจากมีเทนตรงที่มันมีองค์ประกอบย่อยๆ เป็น C8H8 ส่วนมีเทนมีองค์ประกอบเป็น CH4)

     สภาพสุดขีดดังกล่าวทำให้สารโพลีสไตรีนเปลี่ยนสถานะกลายเป็นละอองเพชรที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางในระดับไม่กี่นาโนเมตร (หนึ่งในร้อยล้านเมตร) และเกิดขึ้นในชั่วระยะเวลาสั้นๆ เพียง 50 เฟมโตวินาที (หนึ่งในร้อยล้านล้านวินาที) โดยทีมนักวิจัยใช้รังสีเอ็กซ์ซึ่งมีความยาวคลื่นสั้นมากๆ ทำหน้าที่เหมือนแสงแฟลชสว่างจ้าเพื่อถ่ายภาพปรากฏการณ์นี้ไว้ได้

     งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร  Nature Astronomy  ซึ่งเป็นวารสารชื่อดังและมีความน่าเชื่อถือสูง

     นักวิจัยคาดการณ์ว่าเพชรที่อยู่ภายในดาวยูเรนัสและเนปจูนอาจสะสมมานานหลายพันปีจนกลายเป็นเพชรหลายล้านกะรัต แต่งานวิจัยนี้ไม่ได้มีจุดมุ่งหมายเพื่อจะบอกให้เราเดินทางไปทำเหมืองโกยเพชรที่ดาวเคราะห์เหล่านั้นในเร็ววันนี้ แต่มันแสดงให้เห็นถึงความน่าทึ่งหลายประการ

ซ้ายมือคือ ดาวยูเรนัส ส่วนขวามือคือ ดาวเนปจูน

 

     อย่างแรกคือการที่นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาปรากฏการณ์ที่เล็กและเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วขนาดนี้ได้

     และอย่างที่สองคือ การจำลองเพื่อศึกษาสภาพดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลออกไปหลายล้านกิโลเมตร ซึ่งหากชั้นเพชรมีอยู่จริงก็นับว่าเป็นสิ่งที่ยิ่งน่าทึ่งขึ้นไปอีก

     อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์กลุ่มอื่นๆ มีการนำเสนอสมมติฐานเรื่องการเกิดเพชรด้วยกระบวนการที่แตกต่างกันออกไป อีกทั้งยังมีการเสนอว่าเพชรอาจไม่ได้เกิดขึ้นที่ดาวยูเรนัสและเนปจูนเท่านั้น บ้างก็ว่าเพชรขนาดใหญ่ระดับเซนติเมตรอาจเกิดจากสายฟ้าที่รุนแรงในชั้นบรรยากาศของดาวเสาร์ลักษณะเดียวกับเมฆฝนบนโลก

     นักดาราศาสตร์บางคนตั้งสมมติฐานว่าดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะหลายดวงมีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบมากมาย ด้วยสภาพอุณหภูมิและความดันที่สูงมากอาจทำให้มันกลายเป็นดาวเพชร (diamond planet) ยกตัวอย่างเช่น ดาว 55 Cancri e ซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่โคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ และอยู่ห่างจากโลกเราออกไปราวๆ 40 ล้านปีแสง

     (โปรดอย่าลืมว่าทั้งหมดเป็นสมมติฐานและแบบจำลองที่ยังไม่มีหลักฐานยืนยันชัดเจนร้อยเปอร์เซ็นต์)

     และอย่างที่สามคือ ละอองเพชร ในระดับนาโนที่ได้จากการทดลองในครั้งนี้ อาจนำไปสู่การประยุกต์ใช้อื่นๆ เชิงวิทยาศาสตร์ ไม่ว่าจะเป็นทางการแพทย์หรืออิเล็กทรอนิกส์

     แม้เราจะยังไม่ได้ทำเหมืองเพชรต่างดาว แต่ความรู้ที่ได้เหล่านี้อาจทรงคุณค่าไม่ต่างจากเพชรน้ำงามที่ประเมินมูลค่าได้อย่างยากยิ่ง

 

อ้างอิง:

  • http://science.sciencemag.org/content/286/5437/100
  • https://www.nature.com/articles/s41550-017-0219-9
  • https://www.forbes.com/sites/meriameberboucha/2017/08/28/scientists-make-it-rain-diamonds-in-the-lab/#2cd2844d5fc2
  • http://www.bbc.com/news/science-environment-24477667
  • LOADING...

READ MORE






Latest Stories

Close Advertising