Космический аппарат НАСА обнаружил, что Меркурий покрыт алмазным слоем толщиной в 10 миль

SPACE.com: Возможно, самая крошечная планета Солнечной системы скрывает большой секрет. Используя данные, полученные с космического аппарата NASA MESSENGER, ученые определили, что под корой Меркурия, ближайшей к Солнцу планеты, может находиться алмазная мантия толщиной 10 миль.

Меркурий долгое время озадачивал ученых, поскольку обладает многими качествами, которые не характерны для других планет Солнечной системы. К ним относятся его очень темная поверхность, удивительно плотное ядро и преждевременное окончание вулканической эры Меркурия.

Также среди этих загадок - пятна графита, разновидности (или "аллотропа") углерода на поверхности самой внутренней планеты Солнечной системы. Эти пятна заставили ученых предположить, что в ранней истории Меркурия на этой крошечной планете был богатый углеродом магматический океан. Этот океан всплыл бы на поверхность, создав графитовые пятна и темный оттенок поверхности Меркурия.

Тот же процесс мог бы привести к образованию богатой углеродом мантии под поверхностью. Команда, ответственная за эти открытия, считает, что эта мантия не графеновая, как предполагалось ранее, а состоит из другого, гораздо более ценного аллотропа углерода - алмаза.

"Мы подсчитали, что, учитывая новую оценку давления на границе мантии и ядра и зная, что Меркурий - богатая углеродом планета, углеродсодержащий минерал, который должен был образоваться на границе между мантией и ядром, — это алмаз, а не графит", - говорит член команды Оливье Намюр, доцент в КУ Левен, в интервью Space.com. - В нашем исследовании используются геофизические данные, собранные космическим аппаратом NASA MESSENGER".

MESSENGER ("Поверхность Меркурия, космическая среда, геохимия и определение дальности") был запущен в августе 2004 года и стал первым космическим аппаратом, вышедшим на орбиту Меркурия. Миссия, завершившаяся в 2015 году, нанесла на карту весь крошечный мир, обнаружив обилие водяного льда в тени на полюсах и собрав важнейшие данные о геологии и магнитном поле Меркурия.

серая планета, покрытая кратерами, на фоне черноты космоса

Под давлением!

Это новое исследование также связано с большим сюрпризом, который произошел несколько лет назад, когда ученые пересмотрели распределение массы на Меркурии, обнаружив, что мантия этой крошечной планеты толще, чем считалось ранее.

"Мы сразу подумали, что это должно иметь огромное значение для видообразования [распределения элемента или аллотропа среди химических соединений в системе] углерода, алмаза и графита на Меркурии", - сказал Намюр.

прямоугольный космический корабль с двумя похожими на крылья солнечными батареями над серой, изрытой кратерами планетой

Команда исследовала это здесь, на Земле, используя крупногабаритный пресс для воспроизведения давлений и температур, существующих в недрах Меркурия. Они приложили невероятное давление, более семи гигапаскалей, к синтетическому силикату, который является аналогом материала, содержащегося в мантии Меркурия, и достигли температуры до 3950 градусов по Фаренгейту (2177 градусов по Цельсию).

Это позволило им изучить, как менялись в этих условиях минералы, подобные тем, которые были обнаружены в мантии Меркурия на заре его существования. Они также использовали компьютерное моделирование для оценки данных о недрах Меркурия, что дало им ключ к пониманию того, как могла образоваться алмазная мантия Меркурия.

"Мы полагаем, что алмаз мог образоваться в результате двух процессов. Первый — это кристаллизация океана магмы, но этот процесс, вероятно, способствовал образованию только очень тонкого алмазного слоя на границе ядра и мантии", - пояснил Намюр. "Во-вторых, и это самое главное, происходит кристаллизация металлического ядра Меркурия".

Намюр сказал, что, когда Меркурий образовался около 4,5 миллиардов лет назад, ядро планеты было полностью жидким и со временем постепенно кристаллизовалось. Точная природа твердых фаз, образующихся во внутреннем ядре, в настоящее время хорошо не известна, но команда считает, что эти фазы, должно быть, были с низким содержанием углерода или "бедны углеродом".

"Жидкая сердцевина до кристаллизации содержала некоторое количество углерода; следовательно, кристаллизация приводит к обогащению остаточного расплава углеродом", - продолжил он. "В какой-то момент достигается порог растворимости, означающий, что жидкость не может растворить больше углерода, и образуется алмаз".

Алмаз - плотный минерал, но не такой плотный, как металл, а это означает, что во время этого процесса он всплыл бы к верхней части ядра, остановившись на границе ядра Меркурия и его мантии. Это привело бы к образованию алмазного слоя толщиной около 0,62 мили (1 км), который затем продолжал расти с течением времени.

Темно-серая поверхность сферы, испещренная затемненными серыми кругами

Это открытие подчеркивает различия между рождением ближайшей к Солнцу планеты по сравнению с образованием других скалистых планет Солнечной системы - Венеры, Земли и Марса.

"Меркурий сформировался гораздо ближе к Солнцу, вероятно, из богатого углеродом облака пыли. Как следствие, Меркурий содержит меньше кислорода и больше углерода, чем другие планеты, что привело к образованию алмазного слоя", - добавил Намюр. "Однако ядро Земли также содержит углерод, и различные исследователи уже предполагали образование алмазов в ядре Земли".

Исследователь надеется, что это открытие поможет разгадать некоторые другие тайны, окружающие самую маленькую планету Солнечной системы, в том числе то, почему ее вулканическая фаза прервалась около 3,5 миллиардов лет назад.

"Главный вопрос, который у меня возникает по поводу эволюции Меркурия, заключается в том, почему основная фаза вулканизма длилась всего несколько сотен миллионов лет, что намного короче, чем на других каменистых планетах. Это, должно быть, означает, что планета остывала очень быстро", - сказал Намюр. "Отчасти это связано с небольшим размером планеты, но сейчас мы работаем с физиками, чтобы попытаться понять, мог ли алмазный слой способствовать очень быстрому отводу тепла и, следовательно, очень раннему прекращению крупного вулканизма".

Намур сказал, что следующим шагом команды будет изучение теплового эффекта алмазного слоя на границе мантии и ядра. Это исследование может быть подкреплено данными миссии, которая последует по стопам MESSENGER.

"Мы также с нетерпением ждем первых данных, собранных BepiColombo, надеемся, в 2026 году, чтобы уточнить наше понимание внутренней структуры и эволюции Меркурия", - заключил Намюр.

Исследование команды было опубликовано в журнале Nature Communications.