MOGELIJK DIAMANT IN HET INWENDIGE VAN URANUS EN NEPTUNUS

Diep in het inwendige van de planeten Uranus en Neptunus zou zich diamant kunnen bevinden. Dat concluderen Amerikaanse onderzoekers na experimenten waarbij in het laboratorium het gedrag van methaan onder zeer hoge druk en temperatuur werd bestudeerd.

Planeten als Uranus en Neptunus bestaan voor het grootste deel uit waterstof en helium, maar bevatten op grotere diepten ook veel methaan (CH4), ammoniak en water. Volgens de huidige planeetmodellen zou Neptunus zelfs voor 10 tot 15 procent uit methaan kunnen bestaan. Onder de zeer hoge temperaturen en drukken in Neptunus zal het methaan ontleden: waarschijnlijk in koolstof en waterstof.

Laura Benedetti en haar collega's hebben proefondervindelijk de stabiliteit van methaan bestudeerd onder de omstandigheden die in Uranus en Neptunus heersen. In een zogeheten diamantcel werd methaan met een laser verhit tot temperaturen tussen 2.000 en 3.000 K en blootgesteld aan drukken tussen 100.000 en 500.000 atmosfeer. Er bleken twee reactieproducten te ontstaan, één ondoorzichtig en één transparant, waarvan de eerste een diamantstructuur bleek te hebben.

Dit materiaal (dat geen artefact van de gebruikte diamantcel was) veranderde niet wanneer het uit de cel werd gehaald. Het transparante product en het resterende methaan verdampten wanneer de druk tot nul werd teruggebracht (Science, 1 oktober).

Twee jaar geleden hadden Italiaanse onderzoekers al op grond van theoretische berekeningen gesuggereerd dat uit methaan bij hoge temperatuur en druk diamant zou kunnen ontstaan. Bovendien wezen hun berekeningen erop dat er tijdens de ontleding van methaan ook ketens van koolwaterstoffen zouden ontstaan en ook die zijn nu door Benedetti en haar collega's waargenomen. Het belangrijkste verschil met de theorie is de druk waarbij het methaan gaat ontleden. Volgens de theorie zou dit bij een druk van miljoen atmosfeer gaan gebeuren en zou pas bij een druk van meer dan 3 miljoen atmosfeer diamant ontstaan, terwijl de laboratoriumexperimenten laten zien dat dit alles al vanaf een druk van 100.000 atmosfeer gebeurt.

De onderzoekers opperen dat deze discrepantie een gevolg is van de tijdsduur van de experimenten. De computersimulaties – waarbij in heel kleine stapjes wordt berekend wat er met een klein aantal moleculen gebeurt – geschiedden op tijdschalen van picoseconden, terwijl de experimenten in het laboratorium vele minuten duurden. De resultaten van deze laatste zouden meer met de werkelijkheid overeenkomen dan de theoretische berekeningen. En dat zou dus betekenen dat de vorming van diamant in Uranus en Neptunus al op een diepte van ongeveer 2.000 kilometer begint. Helaas is ook dat nog veel te diep om er aan het oppervlak sporen van te kunnen zien.

(George Beekman)