研究暗示，水星表面下可能潛藏著9英里厚的實(shí)心鉆石層 _水星

新的研究發(fā)現(xiàn)，在這張假彩色圖像中看到的水星可能有一層深層的鉆石。（圖片來源：美國(guó)國(guó)家航空航天局/約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室/華盛頓卡內(nèi)基研究所）
據(jù)美國(guó)生活科學(xué)網(wǎng)站（Deepa Jain）：一項(xiàng)新的研究表明，水星表面下數(shù)百英里處可能有一層厚厚的鉆石。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在6月14日的《自然通訊》雜志上，可能有助于解開這顆行星的組成和特殊磁場(chǎng)的謎團(tuán) 。
水星充滿了神秘。首先，它有一個(gè)磁場(chǎng) 。雖然它比地球弱得多，但磁性出乎意料，因?yàn)檫@顆行星很小，似乎在地質(zhì)上不活躍。水星表面也有異常黑暗的斑塊，美國(guó)國(guó)家航空航天局的信使號(hào)任務(wù)將其確定為石墨，一種碳。
后一個(gè)特征激發(fā)了北京高壓科學(xué)技術(shù)高級(jí)研究中心的科學(xué)家、該研究的合著者林彥浩的好奇心。他在一份聲明中說，水星極高的碳含量“讓我意識(shí)到，它的內(nèi)部可能發(fā)生了一些特殊的事情” 。
盡管水星很奇怪，但科學(xué)家懷疑它可能是像其他類地行星一樣形成的：由熱巖漿海洋冷卻而成。就水星而言，這片海洋可能富含碳和硅酸鹽。首先，金屬在其中凝結(jié)，形成一個(gè)中心核心，而剩余的巖漿結(jié)晶成地球的中地幔和地殼。
多年來，研究人員認(rèn)為地幔的溫度和壓力剛好足以讓碳形成石墨，石墨比地幔輕，漂浮在地表。但2019年的一項(xiàng)研究表明，水星的地幔可能比以前想象的深80英里（50公里）。這將大大提高地核和地幔之間邊界的壓力和溫度，為碳結(jié)晶成鉆石創(chuàng)造條件。
“我們認(rèn)為鉆石可能是由兩個(gè)過程形成的，”該研究的合著者、魯汶大學(xué)副教授奧利維耶·納穆爾告訴《生活科學(xué)》的姊妹網(wǎng)站Space.com 。“首先是巖漿海洋的結(jié)晶，但這一過程可能只導(dǎo)致在地核/地幔界面形成非常薄的鉆石層。其次，也是最重要的，是水星金屬核心的結(jié)晶。”
為了研究這些可能性，包括林在內(nèi)的一個(gè)比利時(shí)和中國(guó)研究人員團(tuán)隊(duì)制作了含有鐵、二氧化硅和碳的化學(xué)湯。這種混合物的成分與某些隕石相似，被認(rèn)為模仿了嬰兒水星的巖漿海洋。研究人員還用不同量的硫化鐵淹沒了這些湯；他們認(rèn)為巖漿海洋中含有大量的硫，因?yàn)樗乾F(xiàn)在的表面也富含硫。
該團(tuán)隊(duì)使用多砧壓機(jī)，將化學(xué)混合物置于7千兆帕的破碎壓力下，大約是海平面地球大氣壓力的70000倍，溫度高達(dá)3578華氏度（1970攝氏度）。這些極端條件模擬了水星深處的情況。
此外，除了模擬石墨或鉆石穩(wěn)定的物理?xiàng)l件外，研究人員還使用計(jì)算機(jī)模型對(duì)水星地核-地幔邊界的壓力和溫度進(jìn)行了更精確的測(cè)量。林說，這樣的計(jì)算機(jī)模型告訴我們行星內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu) 。

一張顯示水星地核-地幔邊界擬議鉆石層的圖。（圖片來源：林彥浩博士、夏利埃博士）
實(shí)驗(yàn)表明，橄欖石等礦物可能形成于地幔中，這一發(fā)現(xiàn)與之前的研究一致。然而，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，向化學(xué)混合物中添加硫只會(huì)使其在更高的溫度下固化。這樣的條件更有利于形成鉆石。事實(shí)上，該團(tuán)隊(duì)的計(jì)算機(jī)模擬表明，在這些修改后的條件下，當(dāng)水星的內(nèi)核固化時(shí)，鉆石可能已經(jīng)結(jié)晶。因?yàn)樗拿芏缺鹊睾?。運(yùn)〉降睪?地幔邊界。計(jì)算還表明，如果存在鉆石，它們會(huì)形成一個(gè)平均厚度約為9英里（15公里）的層。
然而，開采這些寶石并不完全可行。除了地球的極端溫度外，這些鉆石太深了——在地表以下約300英里（485公里）處——無法開采。
但這些寶石之所以重要，還有另一個(gè)原因：它們可能是水星磁場(chǎng)的原因。林解釋說，鉆石可能有助于在地核和地幔之間傳遞熱量，這會(huì)產(chǎn)生溫差，導(dǎo)致液態(tài)鐵旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生磁場(chǎng) 。
這些結(jié)果也有助于解釋富含碳的系外行星是如何進(jìn)化的。林說：“導(dǎo)致水星上鉆石層形成的過程也可能發(fā)生在其他行星上，可能會(huì)留下類似的特征。” 。
更多線索可能來自歐洲航天局和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的聯(lián)合任務(wù)BepiColombo 。該航天器于2018年發(fā)射，計(jì)劃于2025年開始繞水星運(yùn)行。