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Dresdner Forscher entdecken Diamantenregen im All

Mit extremen Lasern werden aus simplen Plastikflaschen Nanodiamanten. Das Experiment beweist, was im Inneren von Eisplaneten vor sich geht. Das alles ist zwar außerirdisch, hat aber einen großen irdischen Nutzen.

Von Stephan Schön
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Neptun, von seinem Mond Triton aus gesehen. Uranus und Neptun sind riesige Eisplaneten. Doch unter ihrer Oberfläche im heißen Brei tun sich erstaunliche Dinge.
Neptun, von seinem Mond Triton aus gesehen. Uranus und Neptun sind riesige Eisplaneten. Doch unter ihrer Oberfläche im heißen Brei tun sich erstaunliche Dinge. © Fotomontage: Nasa

Unter extremen Bedingungen passieren Dinge, die bislang so nicht vorstellbar waren. Aus simplen Plastikflaschen erzeugen Dresdner Wissenschaftler schließlich Diamanten. Sie schauen denen beim Wachsen zu und beweisen damit schließlich, was in unserem Sonnensystem Unglaubliches passiert. Mehr noch, diese Nanodiamanten sind irdisch wichtig.

Ein internationales Team unter Leitung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf hat ein Experiment durchgeführt, mit dem sich Vorgänge im Inneren von Eisplaneten beweisen lassen. Im Wissenschaftsmagazin Science Advances von diesem Freitag berichten die Forscher darüber.

Aus Spektralanalysen der Oberflächen und Berechnungen war Astrophysikern und Planetenforschern bekannt, dass im Inneren zum Beispiel von Neptun und Uranus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff vorkommen müssten.

Der Dresdner Physiker Dominik Kraus und sein Team erkunden mit starken Lasern extreme Zustände der Materie, wie sie zum Beispiel im Inneren des Uranus und Neptun herrschen. Mit ganz praktischem Nutzen.
Der Dresdner Physiker Dominik Kraus und sein Team erkunden mit starken Lasern extreme Zustände der Materie, wie sie zum Beispiel im Inneren des Uranus und Neptun herrschen. Mit ganz praktischem Nutzen. © HZDR/A.Wirsing

In 5.000 bis 10.000 Kilometern Tiefe, so deren These, gibt es eine flüssig-breiige Masse. „Eine dichte, heiße Flüssigkeit, in der sich unter solchen extremen Voraussetzungen dann Diamanten bilden“, berichtet Dominik Kraus, Forschungsgruppenleiter in Rossendorf und Physikprofessor der Universität Rostock. Er leitete das Experiment, das in Kalifornien stattgefunden hat.

Den Wissenschaftlern zufolge bestätigen sich damit Vermutungen, dass es im Inneren solcher Eisriesen buchstäblich Diamanten regnet. Die Resultate dürften nicht nur für Uranus und Neptun relevant sein. Denn hielt man früher solche Eisriesen für Exoten, scheint mittlerweile klar, dass es sich um die häufigste Form von Exoplaneten außerhalb des Sonnensystems handelt.

Im Experiment wurde eine dünne Folie aus simplem PET-Plastik mit einem Laser beschossen. Die starken Laserblitze die auf die folienartige Materialprobe trafen, erhitzten diese kurzzeitig bis zu 6.000 Grad Celsius und erzeugten damit eine Schockwelle, die
Im Experiment wurde eine dünne Folie aus simplem PET-Plastik mit einem Laser beschossen. Die starken Laserblitze die auf die folienartige Materialprobe trafen, erhitzten diese kurzzeitig bis zu 6.000 Grad Celsius und erzeugten damit eine Schockwelle, die © Grafik: HZDR/Blaurock

Irdischer Nutzen für Medizin und Industrie

Als Grundstoff für seinen Versuch nimmt Dominik Kraus Plastik einer simplen PET-Trinkflasche. „Da sind alle nötigen Zutaten drin. Bei PET liegen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff in einem guten Verhältnis vor, um die Geschehnisse in Eisplaneten zu simulieren.“

Was die Eisplaneten betrifft, so sind die winzigen Diamanten wahrscheinlich auch eine Energiequelle: „Wenn diese nach unten sinken, erwärmt das den Planeten zusätzlich. Das ist eine Erklärung auch dafür, warum Neptun zum Beispiel mehr Energie abstrahlt, als er von der Sonne erhält.“

Und letztlich könnte sich im Laufe hunderter Jahrmillionen ein Diamantmantel um den festen Planetenkern gelegt haben, vermutet Dominik Kraus. Mehr noch, bei diesem Prozess entsteht auch superionisches Wasser, elektrisch leitend – und liefert so eine Erklärung, warum diese Eisplaneten letztlich auch ein Magnetfeld haben.

Künftig sollen diese Versuche im Rossendorfer Hibef-Extremlabor fortgesetzt werden. Dort dann mit noch stärkeren Lasern, die soeben aufgebaut werden. Einer, der das Material mit dem Millionenfachen unseres Atmosphärendrucks belastet. Ein zweiter Laser, der das Material auf die nötigen 6.000 Grad bringt. Letztlich muss eine ausgefeilte Analyseoptik her, die das alles dann auch beobachten kann.

Uranus in einer Falschfarbendarstellung, damit die Ringe sichtbar werden.
Uranus in einer Falschfarbendarstellung, damit die Ringe sichtbar werden. © Nasa

Damit wollen die Wissenschaftler dann den Diamanten sogar beim Wachsen zuschauen. Einige hundert Atome groß werden die Diamanten, alles also im Nanometerbereich.

Diese Planetenforschung hat eine ganz irdische Komponente, denn die Industrie braucht genau solche winzigen Diamanten: in Kontrastmitteln für die MRT-Bildgebung, in Prothesen, als Quantensensor.

Bisher werden solche Nanodiamanten mithilfe von Sprengstoff hergestellt. „Unser Prozess könnte dafür eine revolutionäre Neuerung bringen“, sagt Dominik Kraus. „Mit Laserblitzen lassen sich diese Diamanten letztlich deutlich sauberer fertigen.“