Нові симуляції показують, що глибоко під поверхнею Меркурія може ховатися шар алмазів товщиною 9 миль. Ці дорогоцінні камені майже напевно не можна видобути заради bling, але вони можуть допомогти розгадати деякі з найбільших таємниць планети. Нове дослідження показує, що на сотнях миль під поверхнею Меркурія може бути товстий шар алмазів. Висновки, опубліковані 14 червня в журналі Nature Communications, можуть допомогти розгадати таємниці про склад планети та своєрідне магнітне поле.
Меркурій сповнений таємниць. По-перше, він має магнітне поле. Хоча він набагато слабший за земний, магнетизм є несподіваним, оскільки планета крихітна і, здається, геологічно неактивна. Меркурій також має незвичайно темні плями на поверхні, які місія NASA Messenger ідентифікувала як графіт, форму вуглецю.
Ця остання особливість викликала цікавість Яньхао Ліня, штатного наукового співробітника Центру передових досліджень науки та технологій високого тиску в Пекіні та співавтора дослідження. Надзвичайно високий вміст вуглецю в Меркурії «дав мені зрозуміти, що всередині нього, ймовірно, сталося щось особливе», — сказав він у заяві.
Незважаючи на дивацтва Меркурія, вчені підозрюють, що він, ймовірно, утворився, так само як інші планети земної групи: від охолодження гарячого океану магми. У випадку Меркурія цей океан, ймовірно, був багатий вуглецем і силікатами. Спочатку метали коагулювали в ньому, утворюючи центральне ядро, а решта магми кристалізувалась у середній мантії та зовнішній корі планети.
Протягом багатьох років дослідники вважали, що температура та тиск мантії достатньо високі, щоб вуглець утворив графіт, який, будучи легшим за мантію, спливав на поверхню. Але дослідження 2019 року показало, що мантія Меркурія може бути на 80 миль (50 кілометрів) глибшою, ніж вважалося раніше. Це значно підвищило б тиск і температуру на межі між ядром і мантією, створивши умови, за яких вуглець міг кристалізуватися в алмаз.
Щоб дослідити цю можливість, команда бельгійських і китайських дослідників, включаючи Ліна, збила хімічні супи, які включали залізо, кремнезем і вуглець. Вважається, що такі суміші, подібні за складом до певних видів метеоритів, імітують океан магми новонародженого Меркурія. Дослідники також заповнили ці супи різною кількістю сульфіду заліза; вони припустили, що океан магми містить багато сірки, оскільки сучасна поверхня Меркурія також багата сіркою.
За допомогою преса з кількома ковадлами команда піддала хімічні суміші тиску в 7 гігапаскалів — приблизно в 70 000 разів перевищує тиск земної атмосфери на рівні моря — і температурі до 3578 градусів за Фаренгейтом (1970 градусів за Цельсієм). Ці екстремальні умови імітують умови глибоко всередині Меркурія.
Крім того, дослідники використовували комп’ютерні моделі, щоб отримати більш точні вимірювання тиску та температури на межі ядра та мантії Меркурія, крім моделювання фізичних умов, за яких графіт або алмаз будуть стабільними. За словами Ліна, такі комп’ютерні моделі розповідають нам про фундаментальні структури внутрішньої частини планети.
Експерименти показали, що такі мінерали, як олівін, ймовірно, утворилися в мантії — відкриття, яке узгоджується з попередніми дослідженнями. Однак команда також виявила, що додавання сірки до хімічного напою спричинило його затвердіння лише при значно вищих температурах. Такі умови більш сприятливі для формування алмазів. Дійсно, комп’ютерне моделювання команди показало, що за цих переглянутих умов алмази могли кристалізуватися, коли внутрішнє ядро Меркурія затверділо. Оскільки він був менш щільним, ніж ядро, він потім піднявся до межі ядра та мантії. Розрахунки також показали, що алмази, якщо вони присутні, утворюють шар із середньою товщиною близько 9 миль (15 км).
Однак видобуток цих дорогоцінних каменів не зовсім здійсненний. Крім екстремальних температур на планеті, алмази знаходяться занадто глибоко — близько 300 миль (485 км) під поверхнею — щоб їх видобувати.
Але дорогоцінні камені важливі з іншої причини: вони можуть відповідати за магнітне поле Меркурія. Алмази можуть сприяти передачі тепла між ядром і мантією, що створить різницю температур і спричинить завихрення рідкого заліза, створюючи таким чином магнітне поле, пояснив Лін.
Результати також можуть допомогти пояснити, як еволюціонують багаті вуглецем екзопланети. «Процеси, які призвели до утворення алмазного шару на Меркурії, могли відбуватися і на інших планетах, потенційно залишаючи подібні сліди», — сказав Лін.
Більше підказок може отримати BepiColombo, спільна місія Європейського космічного агентства та Японського агентства аерокосмічних досліджень. Космічний корабель, запущений у 2018 році, має почати обертатися навколо Меркурія у 2025 році.