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近期，美國科研團隊通過模擬場景實驗後推斷，土星、木星及太陽係外的很多星球上空都會(hui) 下鑽石雨。

這是繼關(guan) 於(yu) “太陽係裏天王星、海王星上空經常下鑽石雨”研究理論的又一突破。

物以稀為(wei) 貴。作為(wei) 地球上最昂貴的物品之一，鑽石因閃亮堅硬且量少而深受人們(men) 喜愛，由它所做的鑽戒更是求婚的主打禮物。

天王星、海王星、土星、木星等都下鑽石雨，地球上怎麽(me) 不下呢？實驗室模擬的鑽石雨場景，可以推廣運用嗎？

高檔鑽石，圖源：鑽石交易網

01

不一般的雨！

想象中的雨，自然是天空的“水”飄灑而下。實際上，這隻是地球上的特殊場景。

眾(zhong) 所周知，地麵上的水受太陽光照射後變成水蒸氣（又稱“水汽”）。水汽上升到空中，遇到冷空氣變成小水滴。

這些小水滴有兩(liang) 種結局：又小又輕的被氣流托在空中，變成了雲(yun) ；稍大的，經聚合後重力超過空氣浮力，變成雨滴落到地麵。稍大的雨滴如果遇到急劇下降的溫度，雨滴就會(hui) 凝結成冰雹降落。

由此得知，下雨屬於(yu) 物理變化。

雨雪形成示意圖，來源：線上課堂網

下鑽石雨與(yu) 地球上空的下雨本質上不同。據1986年探測器飛掠天王星、1989年飛掠海王星得到的數據和科學家實驗模擬還原鑽石雨的過程得知，星球上空的雷電將氣體(ti) 中的甲烷分解，從(cong) 而形成煤灰形態的碳，碳下落變成石墨，石墨落到星球深處因巨大的壓力形成鑽石。

從(cong) 甲烷到碳到石墨再到鑽石，這個(ge) 過程明顯屬於(yu) 化學變化。

晶瑩剔透的鑽石跟黑糊糊的碳粉、石墨是一家人

圖源：鑽石交易網

進一步分析得知，下鑽石雨主要取決(jue) 於(yu) 兩(liang) 個(ge) 條件。

首先是上空有一定數量的甲烷。上世紀末西方科學家研究發現，在一定溫度和壓強條件下，甲烷會(hui) 分解產(chan) 生碳原子，最終聚合形成鑽石。

太陽係四大氣態行星裏，天王星、海王星不像地球一樣有岩石、土壤，而是布滿由氫、氦、甲烷、乙烷等氣體(ti) 組成的大氣層。

科學家們(men) 一度認為(wei) ，由於(yu) 甲烷占總氣體(ti) 的約15%，所以它們(men) 上空完全符合下鑽石雨的條件；土星、木星上空含甲烷量很低，不足總氣體(ti) 的0.5%，所以不會(hui) 下鑽石雨。

近期美國科研團隊研究推斷，土星、木星上空不但會(hui) 下鑽石雨，而且約有1000000千克/天的碳落入星球深處變成鑽石，其含量是地球鑽石年存量的50倍。這些鑽石“雨”裏，大的直徑超過1厘米，類似約15克拉的大鑽石。

其次是必須具備特殊的自然現象或條件，比如強閃電、超高氣溫、超高壓強和超厚的大氣層或球幔。除了每秒十次的閃電風暴，幾千度的高溫，上百萬(wan) 帕的壓強外，超厚的大氣層或球幔為(wei) 甲烷變成鑽石提供了絕佳場所。

以土星和木星為(wei) 例。據推測，它們(men) 的大氣層有幾萬(wan) 千米，而地球的大氣層隻有約 100千米；它們(men) 的直徑超過12萬(wan) 千米，是地球直徑的10倍以上，其球幔厚度可想而知。甲烷被土星和木星上空的強閃電擊穿後，下降4000多千米變成石墨，石墨下降6000多千米到達星球表麵，因強壓變成鑽石。鑽石越過10000多千米的球幔到達星核，超高溫讓它們(men) 變成液態，形成名符其實的“鑽石海”。

海王星結構圖，由外至內(nei) 依次為(wei) 高層大氣、低層大氣、球幔、球核，圖源見水印

02

見不到的鑽石雨！

作為(wei) 人類已知唯一孕育和支持生命的天體(ti) ，地球上從(cong) 沒出現也不可能出現鑽石雨。

第一，地球上的甲烷含量占總氣體(ti) 的0.0002%，即使全部轉化為(wei) 鑽石，也隻是土星上鑽石數量的千分之一。

第二，地球上的大氣壓遠遠不能把甲烷變成鑽石，完成此操作的大氣壓，足以把高山壓成粉末，更不要說人體(ti) 。

第三，退一萬(wan) 步講，即使在地球上空完成甲烷變鑽石的操作，但由於(yu) 下落速度高、鋸齒邊緣鋒利等原因，定會(hui) 將地球表麵破壞得千瘡百孔，後果不可想象。

模擬的鑽石雨，來源：逐遊酣星博客

天空中不會(hui) 下鑽石雨，那可否像之前美國科研團隊的研究那樣，通過實驗製取批量鑽石呢？

答案是否定的。因為(wei) 實驗不但需要超級昂貴和複雜的設備，而且模擬星球內(nei) 部環境的技術難度也非常大。其難度主要表現在閃電、高溫、壓強等方麵。

閃電強度不是一般大。氣態星球上空大氣層裏的水蒸氣，受星球內(nei) 部的熱量影響，會(hui) 聚合形成雷暴雲(yun) ，進而產(chan) 生閃電。

據推測，木星上閃電強度是地球閃電的1000倍，頻率可達每秒鍾近10次。目前人類隻能進行極小規模的超強閃電測試。

木星上的狂暴閃電

圖源：NASA ,來自“朱諾號”探測器的拍攝

分解物質溫度需求相當高。要分解甲烷或類甲烷氣體(ti) （如聚苯乙烯），得到其中的碳單質，必須把溫度升高到5000攝氏度。實驗到達此溫度時隻能分解極少量的甲烷。

壓強高得離譜。實驗讓石墨變成鑽石，需要150萬(wan) 帕。1帕是指1牛頓的力均勻地壓在1平方米麵積時產(chan) 生的壓力強度。用美國模擬鑽石雨科研團隊成員克勞斯的話說就是，“（讓石墨變成鑽石的壓強）相當於(yu) 大約250隻非洲象的重量集中在拇指甲表麵所產(chan) 生的壓力。這或許也是海王星等氣態星球表麵以下10000千米處的環境”。

由此得知，要從(cong) 甲烷或類甲烷氣體(ti) 中提煉鑽石，成本和難度都不可想象。有人推算，要從(cong) 甲烷中提煉1克拉鑽石，至少要花去購買(mai) 1000克拉鑽石費用。

既沒辦法到天王星等星球上取鑽石，期待地球下鑽石雨也不可能，甲烷製取鑽石又得不償(chang) 失，所以鑽石雨的話題隻能作為(wei) 茶餘(yu) 飯後的談資，或成為(wei) 作家們(men) 創作科幻小說的素材！

參考文獻：

1.論文《科學家成功創造出“鑽石雨”》，《掌橋科研》2017年

2.論文《太陽係八大行星的表麵分析》，《科技與(yu) 生活》2011年第20期

3.文章《科學家猜測：宇宙中的“鑽石雨”現象很常見》，牧夫天文論壇2022.9.14，作者解仁江

END

作者：魏德勇 廣東(dong) 深圳市作家協會(hui) 會(hui) 員

審核：魯暘筱懿

行星物理學博士，中國天文學會(hui) 會(hui) 員

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