研究暗示，水星表面下可能潜藏着9英里厚的实心钻石层

新的研究发现，在这张假彩色图像中看到的水星可能有一层深层的钻石。（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室/华盛顿卡内基研究所）

（神秘的地球uux.cn）据美国生活科学网站（Deepa Jain）：一项新的研究表明，水星表面下数百英里处可能有一层厚厚的钻石。这一发现发表在6月14日的《自然通讯》杂志上，可能有助于解开这颗行星的组成和特殊磁场的谜团。

水星充满了神秘。首先，它有一个磁场。虽然它比地球弱得多，但磁性出乎意料，因为这颗行星很小，似乎在地质上不活跃。水星表面也有异常黑暗的斑块，美国国家航空航天局的信使号任务将其确定为石墨，一种碳。

后一个特征激发了北京高压科学技术高级研究中心的科学家、该研究的合著者林彦浩的好奇心。他在一份声明中说，水星极高的碳含量“让我意识到，它的内部可能发生了一些特殊的事情”。

尽管水星很奇怪，但科学家怀疑它可能是像其他类地行星一样形成的：由热岩浆海洋冷却而成。就水星而言，这片海洋可能富含碳和硅酸盐。首先，金属在其中凝结，形成一个中心核心，而剩余的岩浆结晶成地球的中地幔和地壳。

多年来，研究人员认为地幔的温度和压力刚好足以让碳形成石墨，石墨比地幔轻，漂浮在地表。但2019年的一项研究表明，水星的地幔可能比以前想象的深80英里（50公里）。这将大大提高地核和地幔之间边界的压力和温度，为碳结晶成钻石创造条件。

“我们认为钻石可能是由两个过程形成的，”该研究的合著者、鲁汶大学副教授奥利维耶·纳穆尔告诉《生活科学》的姊妹网站Space.com。“首先是岩浆海洋的结晶，但这一过程可能只导致在地核/地幔界面形成非常薄的钻石层。其次，也是最重要的，是水星金属核心的结晶。”

为了研究这些可能性，包括林在内的一个比利时和中国研究人员团队制作了含有铁、二氧化硅和碳的化学汤。这种混合物的成分与某些陨石相似，被认为模仿了婴儿水星的岩浆海洋。研究人员还用不同量的硫化铁淹没了这些汤；他们认为岩浆海洋中含有大量的硫，因为水星现在的表面也富含硫。

该团队使用多砧压机，将化学混合物置于7千兆帕的破碎压力下，大约是海平面地球大气压力的70000倍，温度高达3578华氏度（1970摄氏度）。这些极端条件模拟了水星深处的情况。

此外，除了模拟石墨或钻石稳定的物理条件外，研究人员还使用计算机模型对水星地核-地幔边界的压力和温度进行了更精确的测量。林说，这样的计算机模型告诉我们行星内部的基本结构。

一张显示水星地核-地幔边界拟议钻石层的图。（图片来源：uux.cn林彦浩博士、夏利埃博士）

实验表明，橄榄石等矿物可能形成于地幔中，这一发现与之前的研究一致。然而，该团队还发现，向化学混合物中添加硫只会使其在更高的温度下固化。这样的条件更有利于形成钻石。事实上，该团队的计算机模拟表明，在这些修改后的条件下，当水星的内核固化时，钻石可能已经结晶。因为它的密度比地核小，所以它漂浮到地核-地幔边界。计算还表明，如果存在钻石，它们会形成一个平均厚度约为9英里（15公里）的层。

然而，开采这些宝石并不完全可行。除了地球的极端温度外，这些钻石太深了——在地表以下约300英里（485公里）处——无法开采。

但这些宝石之所以重要，还有另一个原因：它们可能是水星磁场的原因。林解释说，钻石可能有助于在地核和地幔之间传递热量，这会产生温差，导致液态铁旋转，从而产生磁场。

这些结果也有助于解释富含碳的系外行星是如何进化的。林说：“导致水星上钻石层形成的过程也可能发生在其他行星上，可能会留下类似的特征。”。

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