Kohlenwasserstoff gibt es reichlich, dazu extrem hohen Druck: Auf dem Planeten Neptun herrschen ideale Bedingungen, um Diamanten wachsen zu lassen. Wissenschaftler in den USA haben den Prozess im Labor simuliert.

Mehr als 600 Gramm schwer ist der größte je auf der Erde gefundene Diamant. Das sind mehr als 3000 Karat. Wer es noch etwas größer mag, sollte eine Mission zum Planeten Neptun in Erwägung ziehen. Denn im Innern des Eisriesen könnte es Blöcke geben, die mehrere Meter oder gar Kilometer groß sind.

Die Bergung der edlen Kristalle wäre allerdings eine technologische Herausforderung: In Neptuns Kern herrscht ein extrem hoher Druck, der Millionen Male so groß ist wie in der Erdatmosphäre.

Diese starke Kompression soll letztlich auch für die Bildung von Diamanten verantwortlich sein: Sie spaltet Kohlenwasserstoffe auf und presst den Kohlenstoff zu Diamantkristallen - so zumindest die Theorie.

Schon seit Längerem glauben Wissenschaftler deshalb, dass es auf Neptun Diamanten gibt. Aber eindeutige experimentelle Belege dafür fehlten bislang.

Nun berichtet ein Forscherteam im Fachblatt "Nature Astronomy", dass es die Bildung von Diamanten im Labor simuliert hat - unter ähnlichen Umständen wie im Innern des Planeten.

Das Eis im Innern von Neptun besteht aus Kohlenwasserstoffen, Wasser und Ammoniak. Die Forscher arbeiteten in ihren Versuchen mit dem Kunststoff Polystyrol, der aus Wasserstoff und Kohlenstoff besteht. Dieses Plastik setzten sie Bedingungen aus, wie sie im Innern des Planeten herrschen.

Nachweis mit Röntgenbeugung

Den extrem hohen Druck erzeugten zwei Schockwellen, welche die Wissenschaftler mit zwei Lasern am Stanford Linear Accelerator Center in den USA produziert hatten.

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"Die erste, kleinere und langsamere Welle wird dabei von der stärkeren, zweiten überholt", sagt Dominik Kraus vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. "In dem Moment, in dem sich beide Wellen überschneiden, bilden sich die meisten Diamanten."

So wurden die Plastikproben bei einem Druck von 150 Gigapascal und einer Temperatur von rund 5.000 Grad Celsius zusammengepresst.

Mit der Methode der ultraschnellen Röntgenbeugung konnten die Forscher schließlich nachweisen, dass sich tatsächlich Diamantkristalle gebildet hatten.

Der Prozess selbst dauere nur Sekundenbruchteile, erklärt Kraus. "Wir waren in dem Experiment einfach unglaublich überrascht, dass wir ein so klares Signal bekommen und so eine Menge an Diamant erzeugen."

Deshalb sei man noch nicht darauf vorbereitet gewesen, die Kristalle aufzufangen. Diese würden in dem Prozess immerhin auf mehrere 1000 km/h beschleunigt - das Auffangen erfordere eine spezielle Vorrichtung.

Simulationen bislang nicht exakt

"Die Experimente zeigen, dass sich fast alle Kohlenstoffatome in nanometergroße Diamantstrukturen zusammenschließen", sagt der Dresdner Forscher. Diamanten im Neptuninnern könnten sogar deutlich größer werden.

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"Dort haben sie ja viele, viele Jahre Zeit, um zu wachsen." Ob die Größe im Bereich von Metern oder Kilometern liege, hängt laut Kraus von der Temperatur ganz tief im Innern ab.

Weil Diamanten eine deutlich höhere Dichte haben als die sie umgebende Mischung aus Kohlenwasserstoffen, Wasser und Ammoniak, würden die Diamanten immer tiefer in den Kern hineinsinken.

Daher sprechen die Forscher auch von einem Diamantenregen.

Die Experimente sollen auch helfen, die Planetenmodelle der Astronomen zu verbessern. "Wie unsere Untersuchungen zeigen, sind Simulationen hier bislang nicht exakt", betont Kraus.

Aber es gibt womöglich sogar eine praktische Anwendung der Erkenntnisse. Die Industrie benötigt Nanodiamanten, etwa für elektronische Instrumente oder als Schneidstoff in der industriellen Fertigung. Produziert werden sie bislang durch gezielte Sprengungen.

Das nun genutzte Laserverfahren könnte sich als sauberer und leichter kontrollierbar erweisen, schreiben die Forscher.

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