Зачем Меркурию алмазное сердце?

Несмотря на свой очень небольшой размер, Меркурий полон загадок. Например, у него есть магнитное поле, а у Марса, который гораздо больше, нет. А еще новейшее исследование показало, что на глубине сотен тысяч километров у Меркурия может скрываться толстый-толстый алмазный слой. Но и это еще не все. Однако давайте обо всем по порядку.

Что происходит в недрах Меркурия?

14 июня 2024 года в научном журнале Nature Communications вышла очень интересная статья, посвященная Меркурию. В ее основу легли исследования американской миссии MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging). Автоматическая межпланетная станция (АМС) была запущена летом 2004 года и через семь лет благополучно достигла орбиты Меркурия. Четыре года MESSENGER пристально изучал поверхность ближайшей к Солнцу планеты, пока 30 апреля 2015 года не упал на Меркурий.

Кроме всего прочего, АМС зафиксировала необычно темные участки на поверхности планеты. Позднее они были идентифицированы как графит, одна из стабильных форм углерода. Именно эти графитовые пятна и привлекли внимания Яньхао Линя, сотрудника Центра передовых исследований в области науки и техники высокого давления в Пекине.


— Линь.

И хотя Меркурий очень странный, многие астрофизики считают, что, скорее всего, его формирование проходило по сценарию, сходному с рождением других планет земной группы. То есть Меркурий появился на свет в результате понижения температуры в океане раскаленной магмы. Отсюда следует, что изначальный меркурианский океан был насыщен силикатами и углеродом. Сначала металлы внутри Меркурия сжались, образовав центральное ядро, а оставшаяся магма постепенно кристаллизовалась в средней мантии и внешней коре планеты.

«Гадание» по супу

Много лет ученые полагали: температура и давление в мантии на Меркурии достаточны для того, чтобы углерод трансформировался в графит, а тот, обладая более низкой плотностью, всплывал на поверхность.

Однако в ходе исследования, проведенного в 2019 году, группа астрономов пришла к выводу, что мантия Меркурия может быть толще примерно на 130 километров. Это означало совсем другие условия — более высокое давление и температуру, при которых углерод мог перейти в алмазное состояние.


— Оливье Намюр, кандидат астрофизических наук, соавтор исследования, Лёвенский католический университет (Бельгия).

Чтобы проверить свою теорию, объединенная бельгийско-китайская научная команда приготовила несколько так называемых химических супов. В их состав вошли углерод, диоксид кремния и железа. Примерно из таких веществ состоят самые древние метеориты в Солнечной системе, из которых потом образовались планеты земной группы. Поэтому такой состав может имитировать магматический океан молодого Меркурия.



Кроме того, исследователи хорошенько сдобрили «супчики» сульфидом железа. Эта добавка появилась в связи с тем, что сейчас поверхность Меркурия богата выходами серы. Следовательно, первичный океан магмы также содержал этот химический элемент.

Драгоценная история

Дальше пошел в ход гидравлический пресс и несколько наковален. С помощью этих брутальных инструментов исследователи смогли создать в химических смесях поистине адское давление 7 гигапаскалей. Если сравнивать с атмосферным давлением Земли на уровне, то это примерно в 70 000 раз больше. Температура получилась соответственная — 1970 °C. Вполне себе вышли экстремальные условия в глубинах Меркурия.

Также в распоряжении ученых были специальные компьютерные модели, которые рассчитывали максимально точное давление и температуру внутри планеты, там, где граничат ядро и мантия. При этом в программу были введены такие параметры, при которых алмаз и графит будут находиться в стабильном состоянии долгое время.

Эксперимент дал и побочные открытия. Например, опыты подтвердили теорию о том, что минерал оливин образуется именно в мантии. Однако до этого никто и не предполагал: если сера присутствует в составе магмы, то оливин начинает затвердевать при куда более высоких температурах.

Также оказалось, что такие условия весьма хороши для зарождения алмазов. Компьютерное моделирование показало, что алмазы могли кристаллизовать уже после затвердевания металлического ядра Меркурия. Так как алмазный слой имел меньшую плотность, чем ядро, он в итоге всплыл к границе мантии.

По последним расчетам, прослойка драгоценных камней внутри Меркурия потрясает воображение. Толщина алмазного слоя может достигать 15 километров. Правда, добыть камни не представляется возможным, потому что находятся они на глубине примерно 485 километров.

Руки прочь от алмазов!

Впрочем, добывать алмазы ни в коем случае нельзя. По всей видимости, они могут напрямую отвечать за магнитное поле Меркурия.


— Линь.

Кстати, свежая информация с Меркурия поступит очень скоро. В 2018 году космические агентства Европы и Японии запустили к этой планете автоматическую исследовательскую станцию. В 2025 году аппарат должен оказаться на орбите Меркурия.