Найменша планета Сонячної системи може приховувати велику таємницю. Використовуючи дані космічного корабля NASA MESSENGER, вчені визначили, що алмазна мантія завтовшки 10 миль може лежати під корою Меркурія, найближчої до Сонця планети.
Меркурій довго дивував вчених, оскільки він володіє багатьма властивостями, які не властиві іншим планетам Сонячної системи. Серед них його дуже темна поверхня, надзвичайно щільне ядро та передчасне завершення вулканічної ери Меркурія.
Також серед цих загадок є плями графіту, типу (або «алотропу») вуглецю на поверхні внутрішньої планети Сонячної системи. Ці плями змусили вчених припустити, що на початку історії Меркурія крихітна планета мала магматичний океан, багатий вуглецем. Цей океан міг би спливти на поверхню, утворюючи графітові плями та темний відтінок поверхні Меркурія.
Той самий процес міг би також призвести до утворення багатої вуглецем мантії під поверхнею. Команда, яка стоїть за цими відкриттями, вважає, що ця мантія не є графеном, як підозрювали раніше, а складається з іншого набагато більш дорогоцінного алотропу вуглецю: алмазу.
«Ми підрахували, що, враховуючи нову оцінку тиску на межі мантії та ядра, і знаючи, що Меркурій є планетою, багатою вуглецем, вуглецевий мінерал, який утворився б на межі між мантією та ядром, є алмазом, а не графітом. «, — сказав Space.com член команди Олів’є Намур, доцент KU Leuven. «Наше дослідження використовує геофізичні дані, зібрані космічним кораблем NASA MESSENGER».
MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging) був запущений у серпні 2004 року і став першим космічним апаратом, який вийшов на орбіту Меркурія. Місія, яка завершилася у 2015 році, склала карту всього крихітного світу, виявивши велику кількість водяного льоду в тіні на полюсах і зібравши важливі дані про геологію та магнітне поле Меркурія.
Це нове дослідження також стосується великого сюрпризу, який стався кілька років тому, коли вчені переоцінили розподіл маси на Меркурії, виявивши, що мантія цієї крихітної планети товщі, ніж вважалося раніше.
«Ми прямо думали, що це має мати величезний вплив на видоутворення [розподіл елемента чи алотропу серед хімічних видів у системі] вуглецю, алмазу проти графіту на Меркурії», — сказав Намур.
Команда досліджувала це тут, на Землі, використовуючи прес великого обсягу, щоб відтворити тиск і температуру, які існують усередині Меркурія. Вони застосували неймовірну величину тиску, понад сім гігапаскалів, до синтетичного силікату, що діє як замінник матеріалу, знайденого в мантії Меркурія, досягаючи температур до 3950 градусів за Фаренгейтом (2177 градусів за Цельсієм).
Це дозволило їм вивчити, як мінерали, подібні до тих, що були знайдені в мантії Меркурія на початку його існування, змінювалися в цих умовах. Вони також використовували комп’ютерне моделювання для оцінки даних про внутрішню частину Меркурія, що дало їм ключ до того, як могла бути створена алмазна мантія Меркурія.
«Ми вважаємо, що алмаз міг бути утворений двома процесами. Перший — це кристалізація океану магми, але цей процес, ймовірно, сприяв утворенню лише дуже тонкого алмазного шару на межі ядро/мантія», — пояснив Намур. «По-друге, і це найважливіше, кристалізація металевого ядра Меркурія».
Намур сказав, що коли Меркурій сформувався близько 4,5 мільярдів років тому, ядро планети було повністю рідким і поступово кристалізувалося з часом. Точна природа твердих фаз, що утворюються у внутрішньому ядрі, наразі невідома, але команда вважає, що ці фази мали низький вміст вуглецю або були «бідні вуглецем».
«Рідке ядро перед кристалізацією містило трохи вуглецю; отже, кристалізація призводить до збагачення вуглецем залишкового розплаву», — продовжив він. «У якийсь момент досягається поріг розчинності, тобто рідина не може розчиняти більше вуглецю, і утворюється алмаз».
Алмаз є щільним мінералом, але не таким щільним, як метал, тобто під час цього процесу він міг би спливти до верхньої частини ядра, зупиняючись на межі ядра Меркурія та його мантії. Це призвело б до утворення алмазного шару товщиною близько 0,62 милі (1 км), який з часом продовжував би рости.
Відкриття підкреслює відмінності між народженням найближчої до Сонця планети порівняно зі створенням інших скелястих планет Сонячної системи, Венери, Землі та Марса.
«Меркурій утворився набагато ближче до сонця, ймовірно, з багатої вуглецем хмари пилу. Як наслідок, Меркурій містить менше кисню та більше вуглецю, ніж інші планети, що призвело до утворення алмазного шару», — додав Намур. «Однак ядро Землі також містить вуглець, і різні дослідники вже припустили утворення алмазу в ядрі Землі».
Дослідник сподівається, що це відкриття може допомогти розгадати деякі інші таємниці, що оточують найменшу планету Сонячної системи, включно з тим, чому її вулканічна фаза припинилася приблизно 3,5 мільярда років тому.
«Основне питання, яке я маю щодо еволюції Меркурія, полягає в тому, чому основна фаза вулканізму тривала лише кілька сотень мільйонів років, набагато коротше, ніж інші скелясті планети. Це повинно означати, що планета охолола дуже швидко», — сказав Намур. «Це частково пов’язано з невеликим розміром планети, але зараз ми працюємо з фізиками, щоб спробувати зрозуміти, чи міг алмазний шар сприяти дуже швидкому відведенню тепла, таким чином припиняючи великий вулканізм дуже рано».
Намур сказав, що наступним кроком команди буде дослідження теплового ефекту алмазного шару на межі мантії та ядра. Це дослідження може бути підтверджено даними місії, яка піде по стопах MESSENGER.
«Ми також з нетерпінням чекаємо на перші дані, зібрані BepiColombo, сподіваємось, у 2026 році, щоб уточнити наше розуміння внутрішньої структури та еволюції Меркурія», — підсумував Намур.
Дослідження команди було опубліковано в журналі Nature Communications.