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Schneller schlau Die Diamantenfabrik im Eisplaneten

Einen planetaren Mechanismus, der Diamanten von vielen tausend Karat hervorbringt, hat ein internationales Forscherteam entdeckt. Wer die Schätze bergen will, muss allerdings an die Grenzen des Sonnensystems reisen.

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Im Inneren riesiger Eisplaneten wie Neptun trennen sich Verbindungen aus Kohlenwasserstoff auf. Der Kohlenstoff verwandelt sich dabei in einen „Diamantregen“. (Illustration: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory)

Berlin In den äußeren Regionen unseres Planetensystems ziehen zwei exotische Welten ihre Bahn: Uranus und Neptun sind gewissermaßen die Außenverteidiger des Sonnensystems – und in ihrer eisigen Struktur einander recht ähnlich. Jetzt haben Forscher erstmals die Bedingungen im Inneren der beiden Milliarden Kilometer von der Sonne entfernten Planeten simuliert – und sind dabei einem erstaunlichen Prozess auf die Spur gekommen: Im Inneren der Eisgiganten regnet es Diamanten.

Ein fester Kern, den dichte Schichten von Eis umhüllen – so sieht das Innenleben von Neptun und Uranus aus. Dieses kosmische Eis setzt sich vor allem aus Kohlenwasserstoffen, Wasser und Ammoniak zusammen. Angesichts der extremen Druckverhältnisse tief unter der Oberfläche der Planeten hatten Forscher seit längerem vermutet, dass in etwa 10.000 Kilometer Tiefe eine Art planetare Diamantenfabrik arbeiten könnte: Der extreme Druck sollte den Kohlenwasserstoff auftrennen, wonach sich die Kohlenstoff-Atome in Diamantstruktur anordnen würden.

Um diese These zu überprüfen, beschossen Wissenschaftler eines internationalen Teams, darunter auch Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR), den Kunststoff Polystyrol – eine Verbindung aus Kohlenstoff und Wasserstoff – mit zwei sehr starken Lasern. Durch die entstehenden Schockwellen wurde das Plastik extrem zusammengepresst, wobei für Sekundenbruchteile ähnliche Druckverhältnisse herrschten wie im Inneren der Planeten. Und diese kurzen Momente nutzten die Forscher zur Beobachtung der chemischen Prozesse in ihrem Untersuchungsmaterial.

Tatsächlich konnten sie den erwarteten Diamantenregen beobachten. „Die Experimente zeigen, dass sich fast alle Kohlenstoff-Atome in nanometergroße Diamantstrukturen zusammenschließen“, so Dominik Kraus, einer der an der Untersuchung beteiligten HZDR-Forscher. Auf Neptun und Uranus sind die Diamanten nach Einschätzung der Wissenschaftler um ein Vielfaches größer sein – Exemplare von einigen Millionen Karat dürften keine Seltenheit sein. Die Forscher vermuten, dass sie nach ihrer Entstehung langsam in Richtung des Planetenkerns absinken – ein Prozess, der wohl Jahrtausende dauert.


Nano-Diamanten für die Industrie

Mit ihren Erkenntnissen hoffen Kraus und Kollegen, künftig auch Planeten außerhalb unseres Sonnensystems besser verstehen zu können. Tausende wurden in den vergangenen Jahren entdeckt, wobei Astronomen vor allem zwei Größen dieser Exoplaneten messen können: Masse und Radius. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen liefert dann Anhaltspunkte über den chemischen Aufbau, zum Beispiel ob sich der Planet aus leichten oder schweren Elementen zusammensetzt.

„Und die chemischen Prozesse im Inneren verraten uns wiederum Aspekte über entscheidende Eigenschaften der Planeten“, so Kraus. „Dadurch können wir die Planentenmodelle verbessern.“

Daneben könnten die Erkenntnisse der Helmholtz-Forscher aber auch ganz praktischen Nutzen haben. Nano-Diamanten, wie sie in den Experimenten entstanden, finden sowohl in der industriellen Fertigung wie auch in der Medizin Anwendung. Hergestellt werden diese winzigen Kristalle bislang vor allem durch Sprengung. Die Lasertechnik könnte den Herstellungsprozess deutlich erleichtern.

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