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Weit draussen im All ziehen die Eisriesen Uranus und Neptun ihre Bahn um die Sonne. Unter ihrer Gashülle könnten die beiden äussersten Planeten unseres Sonnensystems unschätzbare Werte verbergen: enorme Mengen von zum Teil gigantischen Diamanten. Das lassen zumindest neue Forschungsergebnisse vermuten.
Uranus und Neptun ähneln sich in ihrem Aufbau; beide besitzen unter der Gashülle vermutlich einen festen oder flüssigen Kern, der von dichten Eis-Schichten umgeben ist – wobei dieses «Eis» nicht wie auf der Erde vornehmlich aus Wasser besteht, sondern aus Kohlenwasserstoffen, Wasser und Ammoniak.
Diese Kohlenwasserstoff-Verbindungen, so vermuteten Astrophysiker schon lange, werden im Inneren der Gasriesen aufgespalten. Grund dafür sind die extremen Drücke, die dort herrschen – Uranus hat immerhin die 14-fache Masse der Erde, der etwas kleinere Neptun sogar die 17-fache. Der durch diesen Vorgang freigesetzte Kohlenstoff kristallisiert rund 7000 Kilometer unter der Oberfläche zu Diamant.
Im Laufe der Jahrtausende sinken diese Diamanten allmählich in tiefere Schichten ab – es regnet gewissermassen Diamanten – und sammeln sich um den Kern herum an. Die Gebilde aus dem härtesten Material dürften freilich etwas grösser sein als das, was man auf der Erde findet: Während der grösste je gefundene Diamant auf der Erde etwas mehr als 3000 Karat wog (das sind rund 600 Gramm), dürften jene in den Gasriesen mehrere Meter oder gar Kilometer gross sein.
Für all dies fehlten bisher eindeutige experimentelle Belege. Diese hat nun ein deutsch-amerikanisches Forscherteam erbracht: Die Wissenschaftler konnten mithilfe des stärksten Röntgenlasers der Welt Bedingungen simulieren, wie sie im Inneren der beiden Gasplaneten herrschen. Als Modellsubstanz für die Atmosphäre der Gasplaneten verwendeten die Forscher den aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen aufgebauten Kunststoff Polystyrol.
Dieses Material setzten sie zwei Schockwellen aus – die erste wurde von einem extrem starken optischen Laser erzeugt, die zweite vom Röntgenlaser. Die Schockwellen erzeugten im Polystyrol einen Druck von rund 1,5 Millionen Bar und eine Temperatur von 5000 Grad Celsius. Dank des Lasers gelang es ihnen, erstmals in Momentaufnahmen die Aufspaltung von Kohlenwasserstoff und die Umwandlung des Kohlenstoffes in Diamantkristalle zu beobachten.
«Wir waren in dem Experiment einfach unglaublich überrascht, dass wir ein so klares Signal bekommen und so eine Menge an Diamant erzeugen», sagte Dominik Kraus vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Die Experimente zeigten, dass sich fast alle Kohlenstoff-Atome in nanometergrosse Diamantstrukturen zusammenschlössen, erklärte Kraus. Die Forscher publizierten ihre Ergebnisse im Fachblatt «Nature Astronomy».
Die Erkenntnisse der Astrophysiker könnten auch auf der Erde einen praktischen Nutzen bei der Erzeugung von künstlichen Diamanten haben. Winzige Diamanten wie jene, die sie mit dem Laser herstellen konnten, finden in diversen Bereichen – unter anderem als Schneidstoffe, in der Medizin oder in der Elektronik – Verwendung. Bisher wurden sie vornehmlich mithilfe von Sprengungen produziert, doch möglicherweise könnte die Laser-Methode irgendwann ein vorteilhafteres Verfahren ermöglichen.
(dhr)