Під поверхнею Меркурія можуть ховатися багатокілометрові шари алмазів

Дуже багато алмазів

Згідно з дослідженням цей шар залягає на глибині сотень кілометрів під поверхнею і має ширину понад 14 кілометрів. Це означає, що дорогоцінні камені навряд чи можна видобути для перевезення на Землю, але вони можуть допомогти розгадати деякі з найбільших таємниць планети.

Меркурій сповнений загадок. По-перше, він має магнітне поле. Хоча воно набагато слабше за земне, цей магнетизм є несподіваним для науковців, оскільки планета дуже крихітна і, схоже, геологічно неактивна. Меркурій також має незвично темні ділянки поверхні, які місія NASA Messenger ідентифікувала як графіт, форму вуглецю.

Ця остання особливість і викликала цікавість Яньхао Ліна, наукового співробітника Центру передових досліджень науки і технологій високого тиску в Пекіні і співавтора дослідження. Надзвичайно високий вміст вуглецю в Меркурії, як він каже, змусив думати, що в надрах планети, ймовірно, "відбувається щось особливе".

Попри дивацтва Меркурія, вчені підозрюють, що він, ймовірно, сформувався так само, як і інші земні планети: в результаті охолодження гарячого океану магми. У випадку Меркурія цей океан, ймовірно, був багатий на вуглець і силікат. Спочатку в ньому коагулювали метали, утворюючи центральне ядро, а решта магми кристалізувалася в середню мантію і зовнішню кору планети.

Протягом багатьох років дослідники вважали, що температура й тиск мантії достатньо високі для того, щоб вуглець утворив графіт, який, будучи легшим за мантію, спливав на поверхню. Але дослідження 2019 року показало, що мантія Меркурія може бути на 50 кілометрів глибшою, ніж вважалося раніше. Це значно підвищило б тиск і температуру на межі між ядром і мантією, створивши умови, за яких вуглець міг би кристалізуватися в алмаз.

Експеримент

Щоб дослідити цю можливість, команда бельгійських і китайських дослідників, включаючи Ліна, імітувала хімічні суміші, до складу яких входили залізо, кремнезем і вуглець. Вважається, що такі "коктейлі", схожі за складом на певні види метеоритів, імітують магматичний океан молодого Меркурія. Дослідники також додали в ці поєднання різну кількість сульфіду заліза. Вони припустили, що океан магми містив багато сірки, оскільки сучасна поверхня Меркурія також багата на сірку.

Використовуючи прес з кількома ковадлами, команда піддала хімічні суміші тиску в 7 гігапаскалів — приблизно в 70 000 разів більше, ніж тиск земної атмосфери на рівні моря — і температурі до 1 970 градусів за Цельсієм. Ці екстремальні умови імітують умови в глибині Меркурія. Крім того, дослідники використовували комп'ютерні моделі, щоб отримати більш точні вимірювання тиску і температури на межі ядра і мантії Меркурія, а також змоделювати фізичні умови, за яких графіт або алмаз були б стабільними.

На цій схемі показано, яким був Меркурій на початку свого існування, і яким може бути зараз, після охолодження породи й кристалізації алмазів / Фото Dr. Yanhao Lin and Dr. Bernard Charlier

Перш за все, експеримент показав, що в мантії, ймовірно, утворився олівін, що узгоджується з попередніми дослідженнями. Крім того, було з'ясовано, що додавання сірки до хімічної суміші призводить до її застигання лише за значно вищих температур – таких, що сприятливими для формування алмазів. Аналогічне показало й комп'ютерне моделювання: за цих умов алмази могли кристалізуватися, коли внутрішнє ядро Меркурія затверділо.

Що кажуть про можливість видобутку алмазів на Меркурії

Видобуток цих дорогоцінних каменів майже неможливий. Окрім екстремальних температур планети, алмази знаходяться надто глибоко. Але дорогоцінні камені важливі з іншої причини: саме вони можуть бути відповідальними за магнітне поле Меркурія. Алмази можуть допомагати передавати тепло між ядром і мантією, що створює різницю температур і змушує рідке залізо закручуватися, створюючи таким чином магнітне поле, пояснив Лін.

Результати також можуть допомогти пояснити, як еволюціонують багаті на вуглець екзопланети.

Процеси, які призвели до утворення алмазного шару на Меркурії, могли також відбуватися на інших планетах, потенційно залишаючи схожі сліди,
– каже Лін.

Більше підказок зможе дати BepiColombo, спільна місія Європейського космічного агентства та Японського агентства аерокосмічних досліджень. Запущений у 2018 році, космічний апарат має вийти на орбіту Меркурія у 2025 році.