الماس در شهاب سنگ ها و هر آنچه باید درباره آنها بدانید

اگرچه الماس در سطح زمین به سختی یافت میشود ولی الماس های فرازمینی یا الماس در شهاب سنگ هایی که منشا تشکیل آنها خارج از زمین است خیلی معمول هستند. الماس هایی که حتی از اندازه یک ذره فرارتر نمی‌روند در شهاب سنگ ها فراوان‌اند. برخی از آنها در ستاره ها تشکیل شده‌اند قبل از اینکه منظومه شمسی تشکیل شود. وجود فشار بیش از حد تصور در سیارات غول‌پیکر یخی نپتون و اورانوس، حجم عظیمی از متان را تبدیل به الماس های فراوانی در سطح آنها کرده است. این درحالی است که برخی سیارات در منظومه شمسی ممکن است تقریبا از الماس خالص باشند! . همچنین الماس در ستاره ها یافت میشود و شاید جزو اولین کانی های معدنی تشکیل شده در آنها باشد.

الماس در شهاب‌ سنگ‌ ها

در سال 1987 تعدادی از دانشمندان روی تعدادی از شهاب‌سنگ‌ها آزمایش کردن و ذراتی از الماس با قطر دو نانومتر در آنها یافتند. گازهای نجیب گیر افتاده در آنها با شناسه ایزوتوپی نشان میداد که منشا آنها خارج از منظومه شمسی است. آنالیزهای بیشتر از شهاب سنگهای دیگر، نانو‌الماس‌های دیگری از ستاره‌های متفاوت نشان داد. سابقه منشا این نانوالماس‌ها علی‌رغم تاریخ خشن و طولانی خود حفظ شده، هنگامی که از ستاره ای جدا و به فضای تشعشعی میان ستاره ای وارد شدند، در شکل گیری منظومه شمسی قرار گرفتند، در بدنه سیاره ای که بعدا به شهاب‌سنگ‌ها شکسته شده گنجانیده شدند، و درنهایت به سطح کره زمین فرود آمدند.

بیشترین شهاب‌سنگ غنی از کربن نوع یوریلايتس (ureilites) هست که مقدار فراوانی آن 7 قسمت از هزار قسمت وزنی است. منشا این نوع شهاب سنگها بحث برانگیز است. الماس‌ها در شهاب سنگ های یوریلايتس که شوک بالایی به آنها وارد شده است معمول هستند. تصور بر این است که اغلبشان در اثر شوک ضربه به زمین و یا برخورد اجرام آسمانی در فضا به آن تشکیل شده اند.

نانو الماس ها

در شهاب‌سنگ‌ها، نانوالماس ها از 3 درصد کربن و 400 قسمت از 1 میلیونم جرم تشکیل شده اند. همچنین ذرات سیلیکون کارباید نیز دارای الگوی ایزوتوپی غیر عادی دارند. همه اینها به عنوان ذرات یا گرده ستارگانی که قبل از تشکیل خورشید وجود داشتند شناخته شده و خصوصیات آنها محدود به مدل هم‌نهشتی هسته ستارگان غول پیکر و ابراختر است. اینکه چه تعداد نانو الماس در شهاب‌ها متعلق به خارج از منظومه شمسی هستند نامشخص است. جزء بسیار کمی از آنها دارای گازهای نجیب هستند که تا کنون نیز امکانات و تجهیزات برای مطالعه به طور خاص روی آنها وجود نداشت. به طور میانگین نرخ کربن-12 و کربن-13 با جو زمین مطابقت دارد درحالی که نیتروژن-14 و نیتروژن-15 با خورشید مطابقت دارد. تکنیک‌هایی مانند مقطع‌نگاری کاوش اتمی، امکان بررسی روی یک ذره ای خاص را به ما میدهد ولی به دلیل تعداد محدود اتم ها، تحلیل و وضوح ایزوتوپی نیز محدود است. اگر بیشتر نانو الماسها‌ در منظومه شمسی شکل گرفتند، این سؤال را ایجاد می کند که چگونه این امکان پذیر است. در سطح زمین گرافیت کانی معدنی کربن پایدار است در حالی که الماس های بزرگتر فقط در دما و فشارهایی شدید که در اعماق گوشته وجود دارد تشکیل می شوند. با این حال، نانو الماس‌ها‌ نزدیک به اندازه مولکولی هستند: یکی با قطر 2.8 نانومتر، اندازه متوسط، حاوی حدود 1800 اتم کربن است. در مواد معدنی بسیار ریز، انرژی سطحی مهم است و الماس‌ها از گرافیت پایدارتر هستند زیرا ساختار الماس فشرده تر است. اندازه پایدار آنها بین 1 تا 5 نانومتر است. در اندازه های کوچکتر، انواع دیگر فرم‌های کربن مانند فلورن‌ها و بهمین شکل هسته های الماس پیچیده شده در این ساختار وجود دارند.

الماس در شهاب سنگ Canyon Diablo

نخستین بار دانشمندان در سال 1967 میلادی در قطعات شهاب‌سنگی با نام Canyon Diablo که در آریزونای ایالات متحده آمریکا فرود آمده بود توانستند ذراتی از الماس با اندازه کمتر از یک میکرومتر کشف کنند. این الماس ها که دارای ساختاری هگزاگونال یا شش ضلعی هستند در فشار برخورد بسیار بالای تا یک مگاپاسکال با زمین بوجود آمده اند. تحقیقات نشان داده که الماس های درون این شهابسنگ به دلیل ساختار شش ضلعی که فقط در این فشار بجود می آید، 58% سخت تر از الماس های رایج در کره زمین است.

کشف مهم الماس در شهاب سنگ “آلماهاتا سیتا”

شهاب سنگی در سال 2008 با زمین برخورد کرد. دانشمندان متوجه شدند بخشی از یک سیاره گمشده است. این سیاره چند میلیون سال پس از تولد خورشید به وجود آمده است. حدود ۵۰ قطعه از این سیارک 83 تنی از صحرای شمال سودان جمع آوری شد. نام “Almahata Sitta” از منطقه برخوردش در همان بیابان گرفته شده است. این شهاب سنگ گونه نادری از شهاب سنگ مشهور به اوریلیت است. الماس های نسبتا درشت‌‌تری(ولی باز هم میکروسکوپی) در قطعات متلاشی شده باقی مانده از آن در بیابان نوبیه سودان نیز یافت شده است.

ارزش این الماس‌های نادر بسیار بالاست زیرا با مطالعه روی آنها از اتفاقات میلیاردها سال پیش در کهکشان متوجه میشویم. این الماس ها میانباره‌های معدنی آهن ، کرومیت، فسفات و سولفور را باخود حمل میکردند که اولین مشاهده و کشف الماس های کیهانی بود که دارای میانباره های معدنی بودند. بلورهای الماس در این شهاب سنگ مربوط به 4.5 میلیارد سال پیش بود که در فشار بیش از 20 گیگاپاسکال تشکیل شده بودند. مطالعه ای در سال 2018 نشان داد که آنها از پیش سیاره هایی (جنین سیاره بزرگ) ، دست نخورده با اندازه بین ماه یا مریخ آمده اند.

مطالعات درباره ساختار الماس های فرازمینی

انتشار مادون قرمز از فضا که توسط رصدخانه فضایی مادون قرمز و تلسکوپ فضایی Spitzer مشاهده شده است، روشن ساخته است که مولکولهای حاوی کربن در همه جای فضا وجود دارند. اینها شامل هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای (PAHs)، فولرن ها و هیدروکربن هایی است که ساختار کریستالی یکسانی با الماس دارند. اگر غلظت گردغبار موجود در فضا غلظت مشابهی داشته باشد، یک گرم از آن میتواند ده كوادريليون‌ از این کربنها را شامل شود. البته شواهد کمی از وجود آنها در فضای بین ستارگان وجود دارند و به سختی میشود گفت آنها قسمتی از diamondoids (هیدروکربن هایی با ساختار الماس) هستند.

یک مطالعه در سال 2014 به سرپرستی جیمز کنت در دانشگاه سانتا باربارا کالیفرنیا یک لایه نازک از الماس ها را که در سه قاره پخش شده بود را شناسایی کرد. این موضوع از فرضیه بحث برانگیز مبنی بر برخورد یک ستاره دنباله دار بزرگ با زمین در حدود 13 هزار سال پیش باعث انقراض بزرگ‌زیاگان در آمریکای شمالی و پایان دادن به تمدن کلوویس شد.

الماس ها در منظومه شمسی

در سال 1981، ماروین راس روی عنوان صفحه کاغذی نوشت :

لایه یخ روی اورانوس و نپتون — الماس‌ها در درون آسمان؟ Marvin Ross

او احتمال میداد که حجم عظیمی از الماس درون این سیارات پیدا کرده است. در لارنس لیورمور کالیفرنیا، او داده هایی از فشرده سازی موج شوک متان (CH4) را تجزیه و تحلیل کرده بود و دریافت که فشار شدید اتم کربن را از هیدروژن جدا کرده، آزاد میکند تا الماس تشکیل شود.

مدل سازی نظری توسط Sandro Scandolo و دیگران پیش بینی کردند که الماس ها در فشارهای بیش از 300 گیگاپاسکال شکل می گیرند، اما حتی در فشارهای پایین ، متان از هم گسیخته می شود و زنجیره های هیدروکربن‌ها را تشکیل می دهد. آزمایشات فشار بالا در دانشگاه کالیفرنیا برکلی با استفاده از یک سلول سندانی الماس هر دو پدیده فشار و دما را تنها در 50 گیگاپاسکال و دمای 2500 کلوین انجام دادند که معادل عمق 7000 کیلومتری زیر ابرهای نپتون است. آزمایش دیگر آزمایشگاه ژئوفیزیک نشان داد که متان تنها در 7 گیگاپاسکال و 2000 کلوین ناپایدار می شود. بعد از شکل گیری ، الماس های متراکم تر ته‌نشین می شوند. این “باران الماس” انرژی پتانسیل را به گرما تبدیل می کند و به انتقال همرفتی که میدان مغناطیسی نپتون را تولید می کند ، کمک می کند. برخی ابهامات در مورد چگونگی کاربرد نتایج آزمایشی روی اورانوس و نپتون وجود دارد. آب و هیدروژن مخلوط شده با متان ممکن است واکنشهای شیمیایی را تغییر دهند. یک فیزیکدان در انستیتوی فریتز هابر در برلین نشان داد که کربن موجود در این سیارات به اندازه کافی متراکم نیست تا الماس را از ابتدا تشکیل دهد. طرحی مبنی بر اینکه الماس ممکن است در مشتری و زحل نیز وجود داشته باشد نیز ازائه شد، جایی که تراکم کربن بسیار کمتر است. هرچند بعید به نظر می رسد زیرا الماس به سرعت حل می شود. در آزمایش هایی که به دنبال تبدیل متان به الماس بودند، نشانه‌های ضعیفی دریافت شد زیرا به دما و فشار مورد انتظار در اورانوس و نپتون نرسیدند. با این حال، یک آزمایش اخیر از شک گرما توسط لیزرها برای رسیدن به دما و فشارهایی که در عمق 10،000 کیلومتری زیر سطح اورانوس انتظار می رود، استفاده شد. هنگامی که آنها این کار را با پلی استایرن انجام دادند، در عرض یک نانو‌ ثانیه تقریباً هر اتم کربن موجود در مواد به بلورهای الماس ترکیب و تبدیل شدند.

الماس‌های خارج از منظومه شمسی

در منظومه شمسی 70 تا 90 درصد سیارات سنگی (زهره، زمین و مریخ) از سیلیکات تشکیل شده اند. در مقابل، ستارگان با نسبت زیاد کربن به اکسیژن ممکن است توسط سیاراتی که اکثرا کاربید هستند و رایج‌ترین آنها کاربید سیلیکون (مویزنایت طبیعی) است به دور مدار گردش کنند. این ماده از هدایت حرارتی بالاتر و گستره حرارتی کمتری نسبت به سیلیکاتها برخوردار است. این امر باعث خنک شدن سریعتر در نزدیکی سطح بدلیل رسانا می شود، اما پایین آمدن همرفت یا کنوکسيون می تواند حداقل به همان اندازه سیارات سیلیکاتی نیرومند باشد.

یکی از این سیارات PSR J1719-1438 b ، همراه تَپ‌اختر (تَپ‌اخترها ستاره‌های نوترونی چرخانی هستند که با سرعت بسیار زیادی دوران می‌کنند و پالس‌های مداومی از انرژی تابشی به همراه خطوط میدان مغناطیسی قوی را از خود منتشر می‌کنند. برخی از تپ‌اخترها نیز پرتوهای ایکس تابش می‌کنند.) میلی ثانیه ای است. چگالی آن حداقل دو برابر سرب است و ممکن است عمدتاً از الماس فوق العاده متراکم تشکیل شده است. تصور بر این است که باقیمانده کوتوله سفید ( کوتوله سفید white dwarf گونه‌ای از اجرام فضایی و آخرین دوره ستارگان با چگالی بسیار بالا می باشد) بعد از تپ‌اختری باشد که 99 درصد از جرمش از بین رفته باشد.

سیاره دیگر ، یعنی 55 Cancri e، “ابر زمین” نامیده شده است، زیرا همانند زمین ، سیاره ای صخره ای است که به دور یک ستاره ای خورشید مانند گردش می کند، اما دارای دو برابر شعاع و هشت برابر جرم است. محققانی که آن را در سال 2012 کشف کردند به این نتیجه رسیدند که غنی از کربن است و احتمالاً مقدار زیادی از الماس را داراست. با این حال، آنالیزهای بعدی با استفاده از سنجش‌های مقیاسی متعدد برای ترکیب شیمیایی ستاره نشان داد که این ستاره 25 درصد اکسیژن بیشتری نسبت به کربن دارد. این باعث می شود که احتمال اینکه این سیاره به خودی خود سیاره کربنی باشد کمتر شود.

الماس در ستارگان

طرحهایی مبنی بر اینکه الماس در ستارگان غنی از کربنادو، به ویژه کوتوله های سفید وجود دارد ارائه شده است. کربنادو که ترکیبی پلی کریستالی از الماس، گرافیت و کربن آمورف و سخت ترین شکل طبیعی کربن است می تواند از ابرنواخترها و کوتوله های سفید باشد. بزرگترین کوتوله سفید موجود در جهان تاکنون، BPM 37093، در فاصله 50 سال نوری از زمین، در صورت فلکی قنطورس واقع شده و قطر 4000 کیلومتر دارد ، ممکن است یک هسته الماس داشته باشد که ملقب به لوسی است. این الماس غول پیکر به احتمال زیاد یکی از بزرگترین الماس ها در جهان است!

در سال 2008 ، رابرت هازن و همکارانش در موسسه کارنگی در واشنگتن D.C مقاله ای را با عنوان “تکامل مواد معدنی” منتشر کردند ، که در آن آنها به بررسی تاریخچه تشکیل کانی‌های معدنی پرداختند و دریافتند که با تغییر شرایط، تنوع کانی‌های معدنی با گذشت زمان تغییر کرده است. قبل از شکل گیری منظومه شمسی، تعداد کمی از مواد معدنی از جمله الماس و الیوین وجود داشتند. اولین ماده معدنی ممکن است الماس های کوچکی باشد که در ستارگان تشکیل شده اند زیرا ستارگان سرشار از کربن هستند و الماس در دمای بالاتر از سایر کانی های معدنی شناخته شده تشکیل شده است.

منابع Extraterrestrial diamonds