| رادیو زمانه > خارج از سیاست > نجوم > اقیانوس الماس؛ زیر سطح نیلگون نپتون | ||
اقیانوس الماس؛ زیر سطح نیلگون نپتون
احسان سناییاورانوس و نپتون، این آخرین اعضای قافله‌ی سیارات منظومه‌مان را از فرط فاصله کم می‌شناسیم؛ اما همان‌گونه که با یاری قوانین جهان‌شمول دانش از اعماق زمین و دوردست‌های زمان خبر گرفته‌ایم، سفری به نزدیکی و حتی درون این سیارات دورافتاده نیز آنچنان نشدنی نیست. به‌عبارتی آنقدر ساده که با به‌ثمررسانی آزمایشی دشوار بر روی زمین، می‌توان دریافت که احتمالاً اقیانوس‌هایی از الماس مذاب و کوه‌های شناوری از میلیاردها قیراط الماس جامد، عامل اصلی انحراف بیش‌از‌انداره‌ی قطب‌های جغرافیایی و مغناطیسی اورانوس و نپتون، نسبت به یکدیگر است.
در پیش‌گفتار مقاله‌ای که اخیراً توسط نه تن از دانشمندان دانشگاه‌های روچستر، کالیفرنیا و آزمایشگاه ملی «لارنس لیورمور» کالیفرنیا در نشریه‌ی علمی «نیچر فیزیکس» انتشار یافته، آمده است: «به واسطه‌ی پیشنهادی که «ماروین راس» در ١٩٨١ مبنی بر احتمال وجود الماس‌هایی در آسمان داده بود؛ حال ایده‌ی وجود مقادیر هنگفت کربن خالص در سیارات غول‌پیکری همانند اورانوس و نپتون از پشتیبانی عملی و نظری [بیشتری] برخوردار گردید. هم‌اکنون نقش محوری رفتار کربن در دما و فشار بالا بر امکان پیش‌بینی تحول و ساختار چنین سیاراتی مورد پذیرش فرار گرفته است. تاکنون یکی از تعیین‌کننده‌ترین خواص گرمایی الماس؛ یعنی دمای ذوب، مستقیماً محاسبه نشده بود.» در این مقاله، همان‌گونه که احتمالاً متوجه شده‌اید، علاوه بر تشریح جزئیات نخستین تلاش موفق محققین برای تعیین نقطه‌ی ذوب دقیق یکی از سخت‌ترین مواد موجود در جهان، یعنی الماس؛ از کشف دیگری نیز سخن به میان آمده است: قطعات جامد الماس، همچون یخ آب بر الماس مذاب شناور می‌مانند. همین کشف مهم بود که نه‌تنها دانشمندان را در درک ویژگی‌های شیمیایی شگفت‌انگیز الماس یاری نمود؛ بلکه درهای جدیدی را به روی چیستان دیرپای انحراف زیاده‌ازحد محور مغناطیسی سیارات اورانوس و نپتون نیز گشود. الماس، مادهی نسبتاً متعارفی در زمین است؛ اما نقطه‌ی ذوب‌اش هیچگاه محاسبه نشده بود. این را «ژان اگرت»؛ فیزیکدان آزمایشگاه ملی «لارنس لیورمور» کالیفرنیا می‌گوید. او اینگونه می‌افزاید: «شما قادر نیستید فقط با افزایش دما آن را ذوب کنید؛ [بلکه] بایستی دما و فشار زیادی را با هم وارد آورید تا الماس ذوب شود». گروه‌های دیگر از جمله در رأس‌شان تیم پژوهش‌گران آزمایشگاه ملی «ساندیا»ی کالیفرنیا، سال‌ها پیش با موفقیت الماس را ذوب کرده بودند؛ اما چنین کاری بدون محاسبه دما و فشاری که در آن الماس از حالت جامد به مایع تغییر فاز می‌دهد، صورت پذیرفته بود. سختی الماس، به‌طرزی باورنکردنی بالاست و همین امر عمل ذوب آن را بسیار دشوار می‌نماید. اما این مادهی گران‌بها ویژگی دیگری را نیز در خود دارد که محاسبه‌ی نقطه‌ی ذوبش را حتی با مشکلات بیشتری روبرو می‌سازد.
الماس، تمایلی به حفظ ماهیت فیزیکی خود حین تجربه‌ی حرارت بسیار بالا ندارد و از این‌رو با احساس دماهای شدید و سرسام‌آوری که ما با قصد ذوب این ماده، آن‌هم بدون تغییر در ماهیتش اعمال کرده‌ایم، در کمال ناباوری ساختار خود را پیش از تغییر فاز، ابتدا به گرافیت جامد تغییر داده، و پس از آن است که گرافیت - و نه الماس - به مایعی تیره‌رنگ بدل می‌شود. آنچه دانشمندان حاضر در پژوهش اخیر را به غلبه بر این ویژگی مزاحم هدایت نمود، اعمال هم‌زمان فشار در کنار حرارت بالا بر الماس، به‌منظور پیش‌گیری از تبدیل آن به گرافیت خالص بود. اگرت و دانشجویانش با بهره‌گیری از پرتوهای پرانرژی لیزر، قطعه‌ای به وزن یک‌دهم قیراط و ضخامت نیم‌میلی‌‌متر از الماس ناب و طبیعی را در شرایط فراپرفشار، ذوب نمودند. این فشار، معادل ٤٠ میلیون برابر آن چیزی بود که در حین قدم زدن در کنار ساحل از جانب آسمان بر بدن خود احساس می‌کنید! پس از تبدیل تمامی قطعه‌ی مزبور به توده‌ای از الماس مذاب، اعضای تیم اقدام به کاهش تدریجی دما و فشار نمودند. زمانی‌که دما تا ٥٠ هزار درجه‌ی سلسیوس و فشار کاهنده به ١١ میلیون برابر فشار جوی سطح دریا رسید، قندیل‌های میکروسکوپی الماس آرام‌آرام آغاز به تشکیل کردند. در این نقطه علی‌رغم ثبات دما، فشار همچنان رو به افول می‌نهاد تا قندیل‌های بیشتری ایجاد شود. همانجا بود که الماس، رفتار غیرمنتظره‌ای از خود بروز داد. قطعات ریز و نوظهور، به‌جای فرورفتن در توده‌ی الماس مایع، همانجا شناور ماندند. چنین رفتاری تا پیش از آن تنها در آب دیده شده بود. به‌سبب برقراری پیوندهای منظم هیدروژنی میان مولکولهای آب در حین تبلور؛ یخ به‌دست آمده حجم نسبتاً بیشتری را اشغال نموده و در نتیجه بر روی آب مایع شناور می‌ماند. به همین دلیل است که ده‌ها گونه‌ی زیستی ساکن در اعماق دریاهای سردسیر زمین همچنان زنده مانده‌اند. اما این موضوع چه ارتباطی به سیارات دوردست منظومه‌ی خورشیدی ما دارد؟ یازده سال پیش، تیمی از پژوهش‌گران دانشگاه کالیفرنیا-برکلی، با اعمال فشاری معادل چندصدهزار اتمسفر بر مقادیری از گاز متان و و افزایش دمای آن تا ٢٧٦٠ درجه‌ی سانتیگراد بوسیله‌ی گسیل پرتوی لیزر؛ با کمال ناباوری تصعید غبار الماس را مشاهده کردند. این در حالی است که سیارات اورانوس و نپتون، به ترتیب ٥/٧٥ و ٣/٧٥ برابر برادران بزرگ‌ترشان؛ زحل و مشتری، گاز متان در خود جای داده‌اند و در حقیقت همین امر علت سیمای نیلگون این دو سیاره را توجیه می‌کند. حال، فشار شکننده‌ی ٨٠٠ میلیارد پاسکال موجود در درون‌شان را نیز به یاد آورید. «لائورا بندتی»، سپرست این پژوهش گفته بود: «عجیب نیست که فعل‌وانفعالاتی از این دست در درون سیارات رخ دهد. قلب سیارات، احتمالاً بسیار پیچیده‌تر از تصور کنونی ماست.»
او بار دیگر این آزمایش را به همراه «ریموند ژینولز»، استاد ستاره‌شناسی و علوم سیاره‌ای دانشگاه کالیفرینا-برکلی؛ و این‌بار بر روی متان مایع انجام داد. آن‌ها گاز متان را به‌کمک نیتروژن مایع ابتدا به حالت مایع درآورده و اشعه‌ای از لیزر مادون قرمز را به گازی که در زیر فشار گسیلنده‌ی ١٠ تا ٥٠ میلیارد پاسکال قرار گرفته بود، تاباندند؛ تا گرمایی معادل ٢ تا ٣ هزار درجه‌ی سانتیگراد ایجاد شود. بندتی، مشاهدات بعدی خود را این‌چنین توصیف کرده بود: «دیدنش واقعاً جذاب بود. وقتی‌که لیزر را روشن می‌کنید، متان سیاه می‌شود؛ چراکه همه‌اش الماس شده است! تکه‌های سیاه الماس، در مایع شفافی از هیدروکربن غوطه می‌خورند». در چنین شرایطی مولکولهای متان که متشکل از چهار اتم هیدروژن و یک اتم کربن هستند؛ سریعاً به کربن و هیدروژن شکسته شده و فشار شدید، کربن حاصله را همانجا به الماس بدل می‌کند. فرض وجود اقیانوسی از الماس، می‌تواند به توضیح انحراف محور مغناطیسی اورانوس و نپتون کمک کند. قطبین مغناطیسی زمین و دیگر سیارات را با اغماض می‌توان منطبق بر هم دانست؛ اما در این دو سیاره نه‌تنها تا 60 درجه با هم اختلاف زاویه‌ای دارند؛ بلکه نقطه‌ی تلاقی محور‌های چرخشی و مغناطیسی‌شان نیز نه در مرکز سیاره، که در گوشته واقع شده است! اقیانوسی از الماس سیال و چرخان که بالغ بر ١٠ درصد از ساختار شیمیایی سیاره را به خود اختصاص داده - اگر در مکان مناسبی قرار گیرد - را می‌توان مسئول چنین اختلاف فاحشی دانست؛ چراکه رسانایی الکتریکی کربن مذاب، در فشار شدید نواحی درونی این سیارات به‌شدّت افزایش یافته و مستقیماً بر الگوی مغناطیسی سیاره اثرگذار است. این ادعایی تازه نیست؛ بلکه سال‌هاست احتمال وجود چنین اقیانوسی در حد حدس و گمان بود، اما تحقیقات جدید، سناریوی موجود را بیش از پیش باورپذیرتر کرده است. نتیجه‌گیری نهایی را بایستی به بعد از حصول درک کامل ساختار شیمیایی این دو سیاره موکول کرد. از آغاز عصر فضا تاکنون، تنها یک کاوشگر به ملاقات سیارات نام‌برده رفته و هر‌آنچه از آن‌ها می‌دانیم، وابسته به اطلاعات مخابره شده از این فضاپیما و نیز اندک رصدهای صورت‌پذیرفته بوسیله‌ی تلسکوپ‌های غول‌آسای زمینی است. با وجود پیشرفت‌های بسیار، درک ما از ساختار درونی اعضای خانواده‌ی خورشیدی‌مان همچنان ناچیز است. تا مدت‌ها الماس، به عنوان سخت‌ترین مادهی موجود شناخته می‌شد؛ اما تحقیقات اخیر نشان داد که با درنظرگرفتن فشارهای بسیار بالا؛ ماده‌ای موسوم به «ورتزایت بورون نیترید» یا به اختصار w-BN، از سختی بیشتری نسبت به الماس برخوردار است. حتی ماده‌ای به نام «لانسدالیت»، یا الماس شش‌وجهی نیز از این دو سخت‌تر است؛ اما با این وجود، الماس سخت‌ترین مادهی موجود در «طبیعت» به شمار می‌آید.  |
||
