其他

隕石撞擊出鑽石

X射線成像揭露石墨轉變成鑽石的條件。

撰文/伯科威茲(Rachel Berkowitz)
翻譯/蔡雅鈴

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隕石撞擊出鑽石

X射線成像揭露石墨轉變成鑽石的條件。

撰文/伯科威茲(Rachel Berkowitz)
翻譯/蔡雅鈴


當含有石墨的隕石猛烈撞擊地球,產生的熱和壓力會把石墨的碳結構轉變成一種稀少且異常堅硬的鑽石。科學家爭論這過程如何在原子層級發生,研究人員在模擬精準撞擊時刻和即時觀察結構轉變後,如今已獲得部份解答。


在美國阿崗國家實驗室的首間碰撞室,華盛頓州立大學的物理學家古塔(Yogendra Gupta)等人以速度每秒5.1公里的氟化鋰(LiF)子彈射擊石墨盤來模擬隕石撞擊地面,並利用極亮X射線以每秒1500億幀(frame)拍攝整起事件。


古塔表示:「科學家經常爭論,石墨轉變成鑽石是發生在撞擊擠壓當下?還是撞擊後的形變與壓力釋放所致?我們漂亮地證明了這種轉變發生在擠壓當下。」具體來講,這種依晶體結構命名的稀少六方金剛石(hexagonal diamond)是在50萬大氣壓力和時間尺度10億分之一秒的條件下所形成。這項發現顯示,形成這種鑽石的撞擊也許不如過往所想那般猛烈。


依據先前研究,六方金剛石僅在壓力幾乎高達四倍時才會形成,古塔說:「這一直有很大的爭議。」其他研究指出石墨在更低壓力時就開始轉變,但這些實驗的X射線測量顯示其中混有不同種類的鑽石。他解釋:「沒有人知道轉變如何發生。」先前研究大多檢驗在壓力漸增下原子結構的轉變,古塔等人的實驗指出,石墨在單次瞬間撞擊下直接轉變成六方金剛石,而且完全沿撞擊方向成形。古塔團隊的研究成果發表在去年10月的《科學進展》。


美國勞倫斯利佛摩國家實驗室的物理學家貝尼狄克特(Lorin Benedict)並未參與這項研究,他評論道:「這項研究最令人興奮的是,當一種晶體轉變成另一種晶體時,研究人員用於判定原子精確位置的方法。」


這種鑽石在壓力降低後形狀維持不變,不過古塔想知道當壓力為零時這種鑽石是否穩定存在。這種實驗可能引領人們找到製造工業用鑽石的新方法。


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