再现“天王星之雨”：X射线激光器可将塑料转化为钻石

在地球上，钻石因其稀有性而受到珍视（即使这种情况可能正在改变），但在其他星球上，它们可能看起来像岩石一样常见。在天王星和海王星这样的冰巨行星上，人们认为极端的压力会压缩氢和碳等元素，形成固体钻石，然后像雨一样通过大气层落下。

这种现象还没有被直接探测到，但在2017年，一个科学家团队报告说，他们在实验室里重新创造了这个过程。他们是通过向碳氢化合物材料的样品发射世界上最强大的X射线激光器--利纳克相干光源（LCLS）来实现的。这需要快速将它们加热到高达6000℃（10800°F）的温度，并产生几百万个大气压的强大冲击波，形成微小的"纳米钻石"。

尽管实验表明这在技术上是可行的，但该团队表示，最初的碳氢化合物材料如聚苯乙烯并没有准确模拟这些寒冷行星内部存在的元素，氧气也是大量存在的，因此研究人员调查了其他可以将这一关键元素引入混合的材料。

研究人员最终选择了PET，一种常用于食品和饮料包装的塑料，因其在碳、氢和氧之间有一个良好的平衡。研究小组重复了这一实验，用LCLS对PET薄膜样品进行扫描，然后使用两种不同的成像技术，一方面检查纳米钻石是否形成，而且还可以检查它们增长的速度和规模。

最终，他们检测到的钻石密度达每立方厘米3.87克。

该研究的作者Dominik Kraus说："氧气的作用是加速碳和氢的分裂，从而鼓励纳米钻石的形成。这意味着碳原子可以更容易地结合并形成钻石。"

这项研究不仅为冰巨行星上的钻石雨假说提供了现实依据，而且研究小组表示，它还展示了这些微小钻石的一种新的潜在制造技术，这些钻石可用于工业磨料、抛光剂，也许有一天还可用于高灵敏度的量子传感器。

这项研究发表在《科学进展》杂志上。