해왕성이나 천왕성 같은 얼음 행성 내부에 ‘다이아몬드 비’가 내리는 과정을 입증한 연구결과가 공개됐다.

지금까지 전문가들은 이들 행성의 내부 약 8000㎞ 안에서 엄청난 압력이 발생하고, 이 과정에서 수소와 탄소가 분리되면서 다이아몬드 비가 내린다고 추측해왔다. 다이아몬드는 99% 이상 탄소 원자로 이루어진 입방체 결정구조를 가지고 있으며, 지구에서도 약 150㎞ 깊은 지하의 높은 온도와 압력 조건에서 만들어진다.

미국 로렌스 리버모어 국립 연구소 및 독일 독일 헬름홀즈 협회 등 공동 연구진은 미국 스탠퍼드 선형 가속기 센터(SLAC)가 개발한 입자가속기의 일종인 선형가속기(LCLS)를 이용해 실험을 진행했다. 그 결과 탄소가 곧바로 다이아몬드 결정으로 변환되는 과정을 확인할 수 있었다.

연구진은 해왕성과 천왕성에 다이아몬드가 다량 존재한다는 기존의 가설을 입증하기 위해 합성수지인 폴리스티렌을 이용, 해왕성 내부 1만㎞ 지점과 유사한 환경을 만든 뒤 섭씨 4727℃에 달하는 열을 가했다. 이와 함께 150만 개의 막대와 강력한 레이저로 아프리카코끼리 250마리와 맞먹는 무게의 충격파를 더했다.

2017년 당시 독일 연구진도 엑스레이(X선)를 이용해 유사한 실험을 진행했었는데, 이는 다이아몬드가 완성되기 전의 비결정성 분자를 확인하기에는 다소 한계가 있었다. 미국 연구진은 탄소가 다이아몬드로 변환되는 과정을 명백하게 분석하기 위해, 폴리스티렌의 전자(electron)에서 엑스레이가 어떻게 산란 되는지를 측정하는 새로운 방식을 이용했다.

그 결과 열과 압력에 의해 분리된 탄소가 다이아몬드로 변환되는 과정을 확인했으며, 분리된 수소에는 탄소의 성분이 거의 남지 않는다는 것을 알게 됐다.