Меркурий, ближайшая к нашему Солнцу планета, также является одной из наименее изученных в Солнечной системе. С одной стороны, по составу он похож на Землю и другие каменистые планеты, состоя из силикатных минералов и металлов, дифференцированных между силикатной корой и мантией и железо-никелевым ядром. Но в отличие от других каменистых планет, ядро Меркурия составляет гораздо большую часть его массовой доли. Меркурий также имеет загадочно постоянное магнитное поле, которое ученые до сих пор не могут объяснить. В этом отношении Меркурий также является одной из самых интересных планет в Солнечной системе.
Но согласно новому исследованию, Меркурий может быть гораздо интереснее, чем считалось ранее. Основываясь на новых симуляциях ранней эволюции Меркурия, группа китайских и бельгийских геологов нашла доказательства того, что под корой Меркурия может находиться слой твердых алмазов. Согласно их симуляциям, этот слой толщиной 15 км (9 миль) зажат между ядром и мантией в сотнях миль под поверхностью. Хотя это делает алмазы недоступными (по крайней мере, на данный момент), эти результаты могут иметь значение для теорий о формировании и эволюции каменистых планет.
Международная группа состояла из исследователей из Центра передовых исследований высоких давлений и технологий, Школы наук о Земле и ресурсов Китайского университета геологических наук, Кафедры наук о Земле и окружающей среде Лёвенского католического университета и Геологического факультета Льежского университета. Статья, описывающая их выводы, «Граница ядро-мантия с алмазами на Меркурии», недавно появилась в Природные коммуникации.
Первоначально команда была вдохновлена предыдущими исследованиями группы из MIT, Goddard Space Flight Center NASA и нескольких известных университетов. Это состояло из переоценки гравитационного поля Меркурия на основе измерений радиотрекинга, проведенных миссией NASA MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging (MESSENGER), что позволило ученым лучше понять потенциальное структурирование недр Меркурия. Эти данные привели ученых к предположению, что внутренняя структура Меркурия состоит из металлического внешнего слоя ядра, жидкого слоя ядра и твердого внутреннего ядра.
Хотя состав ядра остается неопределенным, кажется вероятным, что ядро содержало большое количество железа, никеля, кремния и, возможно, серы и углерода. Данные MESSENGER еще больше привели ученых к мысли, что большие темные пятна, наблюдаемые на поверхности Меркурия, в основном состояли из графита, который, вероятно, был поднят изнутри. Эти данные предполагают, что достаточное количество углерода могло кристаллизоваться внутри Меркурия между ядром и границей мантии и всплыть на поверхность в виде графита.
Учитывая количество графита на поверхности Меркурия, вполне логично, что планета была насыщена углеродом. Ранее алмаз (минерал, состоящий из чистого углерода) исключался как возможный продукт, поскольку считалось, что вблизи ядра Меркурия не существует необходимого давления. Однако, если граница между ядром и мантией была глубже, чем считалось ранее, необходимые условия давления все же могли существовать.
Для своего исследования команда опиралась на термодинамическое моделирование, чтобы воссоздать эти условия давления, основанные на существовании более глубокой границы ядро-мантия. Эти эксперименты позволили им смоделировать условия, которые были на Меркурии, когда он медленно охлаждался. Их результаты показали, что, предполагая содержание серы около 11% и давление примерно 1-2% процентов от давления внутри Земли, алмаз мог кристаллизоваться внутри расплавленного ядра. Они также обнаружили, что этот алмаз мог бы образовать слой, который мог бы оставаться достаточно стабильным, чтобы подняться вместе с графитом к мантии.
В течение многих эпох их эксперименты показали, что этот алмаз образует слой толщиной около 15–18 км (~9–11 миль). Учитывая, что алмаз является исключительным проводником тепла, наличие этого слоя может изменить способ, которым астрогеологи моделируют внутреннюю динамику Меркурия, и пролить свет на его загадочное магнитное поле. То, как тепло поднимается от ядра, существенно влияет на охлаждение и эволюцию каменистых планет, а движение материалов внутри отвечает за генерацию магнитных полей.
Меркурий не только единственная каменистая планета, кроме Земли, имеющая магнитосферу, но есть свидетельства того, что она может быть намного старше нашей. Таким образом, пересмотренные модели недр Меркурия могли бы объяснить, как магнитосфера планеты сохранилась так долго. Помимо Меркурия, эти открытия могут иметь значительные последствия для преобладающих теорий о том, как формировались и развивались каменистые планеты нашей Солнечной системы.
Дополнительная информация: Science Alert, Nature Communications
