Auf Uranus und Neptun regnet es mehr Diamanten als gedacht

Schon lange hatten Forscher vermutet, dass sich auf den Eisriesen Neptun und Uranus Außergewöhnliches abspielt: Es regnet Diamanten. Im Jahr 2017 konnten die Bedingungen irdisch nachgebaut werden: Beide Planeten besitzen einen festen Kern, der von dichten Schichten aus Kohlenwasserstoffen, Ammoniak und Wasser umhüllt ist.

Unter extrem hohen Druck, der dort herrscht, spalten sich die Kohlenwasserstoffverbindungen ab und kristallisieren zu Diamanten. Diese regnen dann langsam ins Innere des Planeten. Mit einem speziellen Kunststoff namens Polystyrol, der aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen besteht, konnte diese Annahme bereits im Labor verifiziert werden.

In einem weiteren Experiment wollte nun ein unter der Leitung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und der Universität Rostock in Deutschland sowie der École Polytechnique in Frankreich in Zusammenarbeit mit der US-Forschungeinrichtung herausfinden, welche Rolle das Vorhandensein von Sauerstoff spielt. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht.

PET-Experiment

Eisriesen wie Neptun und Uranus enthalten nämlich neben Kohlenstoff und Wasserstoff auch andere Elemente, wie zum Beispiel große Mengen an Sauerstoff. In dem aktuellen Experiment verwendeten die Forscher PET-Kunststoff, der häufig für Lebensmittelverpackungen, Plastikflaschen und -behälter verwendet wird, um die Zusammensetzung dieser Planeten genauer zu reproduzieren.

"PET hat ein gutes Gleichgewicht zwischen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, um die Aktivität in Eisplaneten zu simulieren", sagt Dominik Kraus, Physiker und Professor an der Universität Rostock. Die Forscher verwendeten einen leistungsstarken optischen Laser, um Schockwellen im PET zu erzeugen. Anschließend untersuchten sie mithilfen von Röntgenpulsen, was im Kunststoff geschah.

Mit einer Methode namens Röntgenbeugung beobachteten sie, wie sich die Atome des Materials in kleinen Diamantbereichen neu anordneten. Gleichzeitig nutzten sie eine andere Methode, die Kleinwinkelstreuung, die in der ersten Arbeit nicht verwendet worden war, um zu messen, wie schnell und wie groß diese Bereiche wuchsen. Mit dieser zusätzlichen Methode konnten sie feststellen, dass die Diamantregionen auf einige Nanometer anwuchsen. Sie stellten fest, dass die Nanodiamanten durch die Anwesenheit von Sauerstoff in dem Material bei niedrigerem Druck und Temperaturen besser wachsen konnten als gedacht: Der Sauerstoff beschleunigte die Spaltung von Kohlenstoff und Wasserstoff, dadurch konnten sich die Kohlenstoffatome leichter verbinden - und Diamanten entstehen.

Die Forscher gehen davon aus, dass die Diamanten auf Neptun und Uranus viel größer werden als die in diesen Experimenten erzeugten Nanodiamanten - vielleicht Millionen Karat schwer. Im Laufe von Tausenden von Jahren könnten die Diamanten langsam durch die Eisschichten der Planeten sinken und sich zu einer dicken Schicht von Diamanten um den festen Planetenkern zusammensetzen.

Die Forschungsarbeiten könnten die Grundlage für eine neue Form der Herstellung von Nanodiamanten durch lasergesteuerte Stoßkompression von billigem PET-Kunststoff sein. Die winzigen Edelsteine kommen in unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz, darunter Motoröl sowie Schleif- und Poliermittel. Sie könnten künftig in Quantensensoren und medizinischen Kontrastmitteln verwendet werden.