作为太阳系中两大气态行星，海王星和天王星由于与地球、太阳之间的距离遥远，一直以来给人类留下了“冰冷星球”的影响。天文学家通过长期的研究发现，这两颗行星的内部气压足以把碳原子直接压成钻石。但是长期以来科学家们并不认为这两颗行星上能够形成钻石，因为它们的碳元素达不到要求。

按照科学理论，如果一颗行星要形成钻石，那么它的碳元素至少要达到15%，显然两颗气态行星都不符合这一条件，所以科学家也没有它们身上给予太多希望，公众也认为这两颗行星不会出现钻石堆积的现象。

但美国《Science Alert》科学期刊6月29日发布了一篇科学报告指出，美国斯坦福直线加速器中心的研究团队通过模拟实验发现，天王星和海王星内部是可能形成钻石的。

首先，弄清楚钻石的形成条件是什么？

很多物质虽然形态不同，但本质是一样的，例如钻石和石墨，两者的组成元素都是碳。不同的是，钻石的碳原子排列结构要比石墨更特别一些，使得钻石的硬度要远远高于石墨。最早揭开钻石本质的人是法国化学家拉瓦锡，他于1772年对钻石进行加热实验，结果发现钻石燃烧并生成了二氧化碳，从而证明了钻石中含有碳元素。

几乎地球上所有的钻石都源于矿石，因为只有地球内部存在打造钻石的环境。形成钻石首先需要足够量的碳元素，然后在特定的温度和气压下将其碳元素组成石墨。石墨只是中间产物，它还需要经过更加高压、高温的环境转化成钻石。

碳元素不足却还能形成钻石，存在哪些可能？

过去的研究都认为海王星和天王星的碳元素不足，因此即使气压、温度再高，也无法形成钻石。然而该研究团队在前人研究的基础上提出了新设想，能否将这两颗行星内部的甲烷等碳氢化合物分解出碳元素，从而增加碳元素的丰度，提高钻石转化率？

该设想在研究团队里得到认同之后很快就落实到实验中，研究人员在直线加速器实验室里利用X射线激光精确地测量了钻石的形成，实验结果证明分解碳氢化合物的想法确实可行。

为什么要研究海王星和天王星的内部情况？

在很多人看来，海王星和天王星是没有开发价值和利用价值的星球，星球上除了冰层几乎没有其他物质。实际上这样的认知源于人类对它们的了解不够深入和彻底，毕竟现在能够对它们进行探索的探测器就只有旅行者2号，而且它还是“兼职”探测海王星和冥王星，所以科学家对这两颗行星的了解并不多。

虽然如此，但科学家发现银河系内大多数行星的状态和海王星、天王星一样，都处于冰封状态，因此海王星和天王星更能代表银河系里的大多数。如果能够对这两颗行星有更深入的研究和了解，那么对于研究系外行星的形成和演化也是有帮助的。

研究团队如何模拟气态行星内部的钻石形成？

根据该团队研究人员克劳斯的介绍，他们在进行模拟实验中遇到第一个难题就是如何模拟海王星和天王星的内部环境。这两颗气态行星内部存在着难以估摸的高气压，不是一般的设备和仪器就能够营造出相似的环境。最终他们采用了直线加速器相关电源，还把甲烷换成了聚苯乙烯，为了营造更高温的环境。

在实验过程中，研究人员将光学激光脉冲打在聚苯乙烯上，然后聚苯乙烯产生冲击波打在原材料上，使得原材料的温度顷刻间上升到将近5000摄氏度。这个过程同样形成巨大的压力相当于有250只非洲象都缩小堆积在一个指甲盖上，这种压力估计也只有钻石能够承受得了。

这项研究的可能性还不止于此

该研究团队通过研究前人的研究，利用先进设备创造极端环境条件，最终证实了海王星和天王星的内部是可能形成钻石的，即使是在碳元素不够的情况下。笔者认为这一发现将为科学家思考行星问题时提供更多的方向，而不是局限在现有的认知中固步自封。

此外，对于海王星和天王星的研究方法同样可能应用在对木星和土星的研究中，虽然这四颗气态行星两两之间存在一定的差异，但是它们的内部情况大致是相似的。况且木星和土星的大气层下面对人类来说还是一个未知的区域，里面充满了无限多探索的可能。

宇宙中还真有“钻石星球”，距离地球约50公里

海王星和天王星之所以会再次引起公众的关注，很大程度上是因为它们内部可能存在钻石，钻石是人类想要得到的资源。由于地球上的钻石资源十分有限，市面上一克拉钻石的价格至少在上万元，这种价格使很多人望而却步。所以如果能够开发其他星球的钻石资源，对于地球上的钻石资源来说将会是很好的补充。

斯坦福研究团队的新发现让世人看到了海王星和天王星的可能性，但实际上早在十年前就有科学家在宇宙中发现了名副其实的“钻石星球”。据了解美国天文学家于2010年发现了一颗编号为BPM37093的星球，根据研究发现该星球核心的组成成分很可能是超高密度的结晶碳，即钻石。

从科学家对该星球目前的研究情况来看，它是一颗白矮星，在一颗质量比太阳稍大一些的恒星结束生命后形成的，在宇宙中较为罕见。

更重要的是，科学家们测得它与地球之间的距离是50光年左右。虽然这个距离对于现在的人类来说还十分遥远，但以人类未来长久发展的趋势来看，这个距离还是可以克服的。

参考资料：

Science Alert 6月29日 《海王星下了钻石，现在我们终于可以知道》

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