Новое исследование показывает, что планета Меркурий может иметь толстый слой алмазов на глубине сотен километров под поверхностью. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, могут помочь разгадать загадки состава планеты и своеобразного магнитного поля.
Меркурий полон загадок. Во-первых, у него есть магнитное поле. Хотя он намного слабее земного, магнетизм является неожиданным, поскольку планета крошечная и кажется геологически неактивной. На Меркурии также есть необычно темные пятна на поверхности, которые идентифицировали как графит, разновидность углерода.
Именно эта последняя особенность и вызвала любопытство Яньхао Линя, научного сотрудника Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине и соавтора исследования. Чрезвычайно высокое содержание углерода в Меркурии «заставило меня осознать, что внутри него, вероятно, произошло что-то особенное», — сказал он в своем заявлении.
Несмотря на странности Меркурия, ученые подозревают, что он, вероятно, сформировался так же, как и другие планеты земной группы: в результате остывания горячего океана магмы. В случае Меркурия этот океан, вероятно, был богат углеродом и силикатом. Сначала металлы коагулировали внутри нее, образовав центральное ядро, а оставшаяся магма кристаллизовалась в среднюю мантию и внешнюю кору планеты.
В течение многих лет исследователи считали, что температура и давление мантии достаточно высоки, чтобы углерод мог образовать графит, который, будучи легче мантии, всплывал на поверхность. Но исследование 2019 года показало, что мантия Меркурия может быть на 80 миль глубже, чем считалось ранее. Это значительно повысит давление и температуру на границе между ядром и мантией, создав условия, в которых углерод сможет кристаллизоваться в алмаз.
Чтобы исследовать эту возможность, группа бельгийских и китайских исследователей, в том числе Линь, приготовила химические супы, включающие железо, кремнезем и углерод. Считается, что такие смеси, похожие по составу на некоторые виды метеоритов, имитируют океан магмы молодого Меркурия. Исследователи также наполнили эти супы различным количеством сульфида железа; они полагали, что океан магмы содержит большое количество серы, поскольку современная поверхность Меркурия также богата серой.
Используя пресс с несколькими наковальнями, команда подвергла химические смеси давлению в 7 гигапаскалей — примерно в 70 000 раз больше давления земной атмосферы на уровне моря — и температуре до 1970 градусов по Цельсию. Эти экстремальные условия имитируют те, что находятся глубоко внутри Меркурия.
Кроме того, исследователи использовали компьютерные модели для более точных измерений давления и температуры на границе ядра и мантии Меркурия, а также смоделировали физические условия, при которых графит или алмаз были бы стабильны. Такие компьютерные модели, по мнению Линя, рассказывают нам о фундаментальных структурах внутренней части планеты.
Эксперименты показали, что такие минералы, как оливин, вероятно, образовались в мантии — открытие, которое согласуется с предыдущими исследованиями. Однако команда также обнаружила, что добавление серы в химический напиток приводит к его затвердеванию только при гораздо более высоких температурах. Такие условия более благоприятны для образования алмазов. Действительно, компьютерное моделирование команды показало, что в этих измененных условиях алмазы могли кристаллизоваться, когда затвердевало внутреннее ядро Меркурия. Поскольку оно было менее плотным, чем ядро, оно затем всплыло к границе ядра и мантии. Расчеты также показали, что алмазы, если они присутствуют, образуют слой средней толщиной около 15 километров (9 миль).
Однако добыча этих драгоценных камней не совсем осуществима. Если не считать экстремальных температур на планете, алмазы находятся слишком глубоко — около 485 км под поверхностью — чтобы их можно было добывать.
Но драгоценные камни важны по другой причине: они могут отвечать за магнитное поле Меркурия. Алмазы могут способствовать передаче тепла между ядром и мантией, что создаст разницу температур и заставит жидкое железо завихряться, тем самым создавая магнитное поле, объяснил Линь.
Результаты также могут помочь объяснить, как развиваются богатые углеродом экзопланеты.
«Процессы, которые привели к образованию слоя алмаза на Меркурии, могли происходить и на других планетах, потенциально оставляя аналогичные следы», — сказал он.
Добавим, 20 спутников Starlink упали на Землю, из-за чего запуски Falcon 9 отложены на неопределенный срок.