На Меркурии может быть 15-километровый слой алмазов

Новое исследование показывает, что под поверхностью Меркурия может скрываться толстый слой алмазов. Статья, опубликованная 14 июня в журнале Nature Communications, приоткрывает тайну состава планеты и ее своеобразного магнитного поля.

Меркурий полон тайн. Во-первых, у него есть магнитное поле и его существование необъяснимо, потому что ближайшая к Солнцу планета кажется геологически неактивной. На поверхности Меркурия также есть необычно темные участки, которые миссия НАСА Messenger идентифицировала как графит, форму углерода.

Именно эта последняя особенность заинтересовала Яньхао Линя, штатного научного сотрудника Центра перспективных исследований науки и технологий высокого давления в Пекине и соавтора исследования. Чрезвычайно высокое содержание углерода на Меркурии дает подсказку, что, вероятно, внутри планеты есть что-то особенное.

Меркурий, вероятно, сформировался так же, как и другие планеты земной группы: в результате охлаждения океана горячей магмы. В случае Меркурия этот океан, вероятно, был богат углеродом и силикатом. Металлы в нем свернулись, образовав центральное ядро, а оставшаяся магма кристаллизовалась в средней мантии планеты и внешней коре. Именно в то время легкий графит всплыл на поверхность.

Исследование, проведенное в 2019 году, показало, что мантия Меркурия может быть на 50 километров глубже, чем считалось ранее. Это значительно повышает давление и температуру на границе между ядром и мантией, и создает условия, при которых углерод может кристаллизоваться в алмаз.

Чтобы исследовать эту возможность, группа бельгийских и китайских исследователей, включая Линя, приготовила химические супы, в состав которых вошли железо, диоксид кремния и углерод. Считается, что такие смеси имитируют магматический океан новорожденного Меркурия.

Исследователи также залили эти супы различным количеством сульфида железа. Они пришли к выводу, что океан магмы содержит большое количество серы, поскольку современная поверхность Меркурия также богата серой.

Команда подвергла химические смеси давлению в 7 гигапаскалей - примерно в 70 000 раз превышающему давление атмосферы Земли - и температуре до 1970 градусов Цельсия. Эти экстремальные условия имитируют ситуацию глубоко внутри Меркурия.

Исследователи дополнительно использовали компьютерные модели, чтобы получить более точные измерения давления и температуры на границе ядра и мантии Меркурия.

Эксперименты показали состав минералов, которые, вероятно образовались в мантии. Эти выводы соответствовали представлениям ученых о составе Меркурия. Однако команда также обнаружила, что добавление серы в химический состав привело к тому, что он застывал только при гораздо более высоких температурах. При этих температурах формируются алмазы. Компьютерное моделирование команды показало, что при пересмотренных условиях алмазы могли кристаллизоваться, когда затвердело внутреннее ядро Меркурия. Расчеты показали, что алмазы, если они присутствуют, образуют слой со средней толщиной около 15 км.

Однако добыча этих драгоценных камней не осуществима. Помимо экстремальных температур планеты, алмазы залегают слишком глубоко — примерно в 485 км под поверхностью.

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 вращаться, создавая магнитное поле.

Результаты также могут помочь объяснить, как эволюционируют экзопланеты, богатые углеродом. "Процессы, которые привели к образованию алмазного слоя на Меркурии, могли также происходить на других планетах", - заключает Линь.

Больше подсказок может быть получено от BepiColombo, совместной миссии Европейского космического агентства и Японского агентства аэрокосмических исследований. Космический аппарат, запущенный в 2018 году, должен выйти на орбиту Меркурия в 2025 году.