Под поверхностью Меркурия могут скрываться 15 километров твердых алмазов

Новые симуляции показывают, что под поверхностью Меркурия может скрываться слой алмазов толщиной в 15 километров. Драгоценные камни почти наверняка нельзя добывать ради украшений, но они могут помочь разгадать некоторые из самых больших загадок планеты.

Новое исследование показывает, что на Меркурии может быть толстый слой алмазов в сотнях миль под его поверхностью. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, могут помочь разгадать тайны о составе планеты и ее своеобразном магнитном поле.

Меркурий полон загадок. Во-первых, у него есть магнитное поле. Хотя оно намного слабее земного, магнетизм неожиданный, поскольку планета крошечная и, по-видимому, геологически неактивная. На Меркурии также есть необычно темные участки поверхности, которые миссия NASA Messenger идентифицировала как графит, форму углерода. 

Последняя особенность и вызвала любопытство у Яньхао Линя , научного сотрудника Центра передовых исследований высоких давлений и технологий в Пекине и соавтора исследования. Чрезвычайно высокое содержание углерода в Меркурии «заставило меня понять, что внутри него, вероятно, произошло что-то особенное», — сказал он.

Несмотря на странности Меркурия, ученые подозревают, что он, вероятно, образовался так же, как и другие планеты земной группы: из остывающего горячего магматического океана. В случае Меркурия этот океан, вероятно, был богат углеродом и силикатом. Сначала металлы коагулировали внутри него, образовав центральное ядро, в то время как оставшаяся магма кристаллизовалась в среднюю мантию планеты и внешнюю кору. 

В течение многих лет исследователи считали, что температура и давление мантии были достаточно высокими для того, чтобы углерод образовал графит, который, будучи легче мантии, всплывал на поверхность. Но исследование 2019 года показало, что мантия Меркурия может быть на 50 километров глубже, чем считалось ранее. Это значительно повысило бы давление и температуру на границе между ядром и мантией, создав условия, в которых углерод мог бы кристаллизоваться в алмаз. 

Чтобы исследовать эту возможность, группа бельгийских и китайских исследователей, включая Линя, приготовила химические супы, включавшие железо, кремний и углерод. Такие смеси, по составу похожие на определенные виды метеоритов , как полагают, имитируют магматический океан молодого Меркурия. Исследователи также залили эти супы различным количеством сульфида железа; они предположили, что магматический океан содержал много серы, поскольку современная поверхность Меркурия также богата серой. 

Используя многоштамповый пресс, команда подвергла химические смеси давлению в 7 гигапаскалей — примерно в 70 000 раз большему давлению земной атмосферы на уровне моря — и температурам до 1970 градусов по Цельсию. Эти экстремальные условия имитируют те, что существуют глубоко внутри Меркурия.

Кроме того, исследователи использовали компьютерные модели для получения более точных измерений давления и температуры на границе ядра и мантии Меркурия, а также для моделирования физических условий, при которых графит или алмаз были бы стабильны. Такие компьютерные модели, по словам Лина, рассказывают нам о фундаментальных структурах недр 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 химическое варево заставило его затвердеть только при гораздо более высоких температурах. Такие условия более благоприятны для образования алмазов. Действительно, компьютерное моделирование команды показало, что в этих пересмотренных условиях алмазы могли кристаллизоваться, когда затвердевало внутреннее ядро Меркурия. Поскольку оно было менее плотным, чем ядро, оно затем всплывало к границе ядро-мантия. Расчеты также показали, что алмазы, если они присутствуют, образуют слой со средней толщиной около 15 км.  

Однако добыча этих драгоценных камней не совсем осуществима. Помимо экстремальных температур планеты, алмазы находятся слишком глубоко — около 485 км под поверхностью — чтобы их можно было извлечь. 

Но драгоценные камни важны по другой причине: они могут быть ответственны за магнитное поле Меркурия. Алмазы могут помогать передавать тепло 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 экзопланеты , богатые углеродом. «Процессы, которые привели к образованию алмазного слоя на Меркурии, могли также происходить на других планетах, потенциально оставляя похожие следы», — сказал Линь. 

Больше подсказок может дать BepiColombo, совместная миссия Европейского космического агентства и Японского агентства аэрокосмических исследований. Запущенный в 2018 году, космический аппарат должен выйти на орбиту Меркурия в 2025 году.