Недавнее исследование показало, что под поверхностью Меркурия, самой маленькой планеты Солнечной системы и самой близкой к Солнцу, может находиться слой алмазов толщиной до 18 километров. Ученые предполагают, что алмазы образовались на ранних этапах формирования планеты около 4,5 миллиарда лет назад, когда Меркурий ещё формировался из вращающегося облака пыли и газа. Предполагается, что у планеты была графитовая кора, плавающая над глубоким океаном магмы.
Исследовательская группа воссоздала экстремальные условия раннего Меркурия в лаборатории с использованием устройства, называемого наковальней. Эта машина обычно используется для изучения поведения материалов под экстремальным давлением и для производства синтетических алмазов.
Это устройство позволяет нам подвергать крошечные образцы такому же высокому давлению и температуре, какие могут быть в глубинах мантии Меркурия, на границе между мантией и ядром, — объяснил Бернар Шарлье, глава департамента геологии Университета Льежа в Бельгии и соавтор исследования.
Меркурий — наименее изученная планета
Команда создала синтетическую смесь элементов, включающую кремний, титан, магний и алюминий, и запечатала её в графитовую капсулу, имитируя теоретическую структуру внутренней части Меркурия в первые дни его существования. Затем капсула подверглась давлению, почти в 70 000 раз превышающему атмосферное давление Земли, и температуре до 2000 градусов Цельсия. В этих условиях графит в образце превратился в кристаллы алмаза.
Эти открытия могут дать более глубокое понимание внутренней структуры и эволюции Меркурия, а также экзопланет, схожих с ним. Учёные считают, что серая поверхность Меркурия обусловлена наличием графита. Исследователи смогли воссоздать условия, при которых углерод мог превратиться в алмазы.
Меркурий — вторая по плотности планета в нашей Солнечной системе после Земли. Он также является наименее изученной планетой земной группы. Миссия НАСА MESSENGER, которая находилась на орбите Меркурия с марта 2011 по апрель 2015 года, собрала данные о геологии, химии и магнитном поле планеты. Однако о внутренней части Меркурия известно мало.
«Мы знаем, что на поверхности Меркурия много углерода в форме графита, но исследований внутренней части планеты пока проведено мало», — сказал Яньха.
Одним из ключевых выводов миссии MESSENGER стало обильное присутствие углерода на поверхности Меркурия. Алмазы, состоящие из чистого углерода, образуются при определенных условиях давления и температуры. Исследователи хотели проверить, мог ли этот процесс происходить и при формировании Меркурия.
Когда Лин, Шарлье и их коллеги ставили эксперимент по имитации внутренней части Меркурия, они также учли присутствие серы, что продемонстрировало предыдущее исследование.
«Мы обнаружили, что условия отличаются от земных, потому что на Меркурии много серы, что понизило температуру плавления нашего образца», — объяснил Шарлье. Это полезно для стабильности алмазов, поскольку они формируются под высоким давлением и низкой температурой.
Толщина алмазного слоя на Меркурии составляет от 15 до 18 километров. К сожалению, это лишь оценки, поскольку процесс образования алмазов все еще продолжается, поскольку ядро Меркурия продолжает остывать. Также сложно сказать, насколько большими могут быть отдельные бриллианты.
«Мы понятия не имеем об их размере, но по составу они должны быть похожи на те, что мы встречаем на Земле», — сказал Шарлье.
Добыча алмазов
Хотя добыча алмазов на Меркурии невозможна даже с помощью технологий будущего, некоторые алмазы могут появиться на поверхности из-за вулканических процессов. Процесс образования алмазов мог происходить на некоторых экзопланетах с низким содержанием кислорода.
Ожидается, что миссия BepiColombo, состоящая из двух космических кораблей, прибудет на орбиту Меркурия в декабре 2025 года и продолжит исследование планеты. Миссия, возглавляемая Европейским космическим агентством и Японским агентством аэрокосмических исследований, изучит планету с орбиты и расскажет больше о ее недрах и особенностях. BepiColombo сможет идентифицировать и количественно определять поверхностный углерод, а также проверять наличие алмазов или графита.
Задача для будущих миссий
Шон Соломон, главный исследователь миссии НАСА MESSENGER, сказал, что подтверждение этой теории станет непростой задачей для будущих миссий на Меркурий. Наиболее перспективным методом обнаружения слоя алмаза могла бы стать сейсмология, поскольку скорости сейсмических волн в алмазе значительно выше, чем в других материалах. Вышеупомянутое потребует посадки модулей на Меркурий, что в настоящее время не планируется.
Фелипе Гонсалес, физик-теоретик из Калифорнийского университета в Беркли, назвал это исследование важным шагом вперед в понимании недр планет. Он считает, что междисциплинарные исследования являются ключом к решению сложных проблем в науке. Однако он отметил, что предположения о внутренней части Меркурия все еще остаются в значительной степени теоретическими и что будущие миссии должны будут подтвердить эти предсказания.