宇宙的天體，有著與地球完全不同的環境與氣候。（示意圖/圖片來源：Adobe Stock）
地球上的氣象偶爾會出現異象，歷史上曾出現血雨與動物雨等特殊現象，到了地外行星上，氣候形態更顯得奇特，甚至出現被稱為「鑽石雨」的天文現象。
遙遠天體的奇觀
鑽石在地球上是一種昂貴且稀有的礦物，由純碳在高壓高溫環境下形成。2020年的相關報導指出，科學家針對有「冰巨行星」之稱的天王星與海王星進行研究，探討內部是否存在所謂的「鑽石雨」。德國物理學家多明尼克‧克勞斯表示，研究團隊在美國史丹佛大學SLAC國家加速器實驗室進行實驗，嘗試重現海王星核心的高壓環境。
實驗中，研究人員使用含碳量較高的苯乙烯取代行星中的甲烷分子，先施加熱量與壓力，再透過雷射模擬衝擊波，產生約4726°C高溫與150萬大氣壓的環境，相當於約250隻非洲象的重量壓在針尖上。結果顯示，在高壓條件下氫原子脫離，碳原子聚合形成奈米級鑽石。
研究指出，若此現象發生於天王星與海王星，可能形成更大的鑽石，甚至達數百公斤的規模。不過這些鑽石預期為球形，並含有雜質，會逐漸沉入行星核心。若在核心高溫區域可能融化，形成碳海中的「鑽石冰山」，鑽石下沉時所釋放的熱量，類似流星穿越地球大氣層時產生的高溫效應。
到了2022年，《科學進步》期刊發布新的研究成果。科學家在碳氫混合物中加入氧氣，認為宇宙中的鑽石雨可能比過去預估更加普遍。研究團隊使用食品包裝常見的PET塑膠材料，在實驗室中以高功率光學雷射照射，觀察奈米鑽石的形成過程。這種方法不同於傳統利用炸藥的方式，被視為更乾淨的製造途徑，未來或可應用於醫學與研究領域。
此外，《自然·天文學》期刊刊載的研究指出，SLAC國家加速器實驗室的蒙戈·弗羅斯特博士利用強烈的X射線脈衝擠壓聚苯乙烯泡沫塑膠，成功在較為溫和的條件下模擬鑽石形成。研究表明，鑽石可能在與天王星、海王星較淺區域相似的溫度與壓力下形成，甚至是規模更小的氣態矮星迷你海王星，也可能出現鑽石雨現象。
這項研究同時指出，鑽石雨的形成可能對行星磁場結構產生影響，顯示其不僅是物理現象，也與行星內部動力學息息相關。
超過100°C的海洋
宇宙中除了極端高壓形成的鑽石雨之外，科學家在距離地球73.3光年的紅矮星「TOI-270」（又稱L 231-32）系統中，發現具特殊環境的行星。TOI-270位於繪架座內，質量約為太陽的39%，半徑約38%，表面溫度超過3000°C。
2019年，科學家透過凌日系系外行星巡天衛星觀測，確認該系統目前已知包含三顆行星：最內層的「TOI-270 b」，被視為超級地球；外層兩顆則為迷你海王星，分別命名為「TOI-270 c」與「TOI-270 d」。TOI-270 d位於最外層，是研究焦點之一。透過哈伯太空望遠鏡觀測，科學家發現該行星大氣層含有豐富氫氣，可能存在水蒸氣。後續利用NASA的韋伯太空望遠鏡觀測數據，以及英國劍橋大學研究團隊的分析，發現其大氣中含有水蒸氣、二氧化碳與甲烷等化學特徵。
劍橋大學天文學研究所的尼庫·馬杜蘇丹教授是「海星行星」一詞的創造者，同時也是該研究主導者，他指出，TOI-270 d的表面可能被完整海洋覆蓋，而且海洋溫度可能超過100°C。在高壓環境下，這片高溫海洋仍可能維持液態狀態，而非立即氣化。馬杜蘇丹教授形容，這種環境甚至足以用來烹煮食物，但並不意味著適合人類居住。
然而，加拿大研究團隊提出不同觀點。他們認為TOI-270 d的表面溫度可能高達至少4000°C，在如此高溫條件下，不可能存在液態水。該團隊指出，行星可能處於高溫高壓狀態下，水會呈現「超臨界流體」形態，當溫度與壓力超過臨界點時，氣體與液體性質趨於相似，形成均勻相流體現象。
從天王星與海王星的鑽石雨，到73.3光年外可能被一片灼熱海洋覆蓋的行星系統，科學家透過實驗室模擬與太空望遠鏡觀測，不斷揭示宇宙中極端環境的真實樣貌，也顯示宇宙中存在遠超地球範圍的自然法則。
責任編輯:星躍
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