【原】中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水星上不但有水，還有厚達16公里的鉆石層

魅力科學(xué)君 2024-09-15 發(fā)布于四川

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作為太陽系中距離太陽最近的行星，水星表面所受到太陽輻射強度遠超地球，以至于其向陽面的表面溫度可以高達428℃，而由于水星是以一種“3:2軌道共振”的穩(wěn)定模式圍繞著太陽公轉(zhuǎn)，它每自轉(zhuǎn)3圈，就剛好圍繞太陽公轉(zhuǎn)2圈，因此在水星表面并不存在永久的向陽面和背陽面，隨著時間的推移，兩者之間也會不斷地轉(zhuǎn)換。

這樣的情況很容易讓人認為，在太陽的炙烤下，水星表面即使曾經(jīng)存在過水，也早就已經(jīng)被蒸發(fā)得一干二凈了，但實際情況卻并非如此，因為在水星的兩極區(qū)域，其實存在著大量的水冰。

早在上個世紀，科學(xué)家就推測，水星的自轉(zhuǎn)軸幾乎完全垂直于其圍繞太陽公轉(zhuǎn)軌道所在的平面，這就會造成在水星兩極的隕石坑中，存在著陽光始終無法照射得到的永久陰影區(qū)，那里的溫度也一直保持在極低的水平，理論上可低至零下170攝氏度左右，在這樣的環(huán)境下，水就能水冰的形式穩(wěn)定保存下來。

這一推測最終得到了“信使號”（Messenger）的證實，簡單來講，“信使號”是NASA發(fā)射的一個水星探測器，該探測器于2011年進入環(huán)繞水星的軌道，隨后展開對水星的探測工作，也正是通過它傳回的探測數(shù)據(jù)，科學(xué)家確定了水星兩極至少存在著上億噸的水冰。

“信使號”于2015年以撞擊水星的方式結(jié)束了其探測使命，在幾年的時間里，它傳回了大量的探測數(shù)據(jù)，直到現(xiàn)在，科學(xué)家仍然在對其進行研究。

根據(jù)近日發(fā)表在《自然·通訊》的一項研究，一組來自北京高壓科學(xué)研究中心的中國科學(xué)家在對“信使號”探測數(shù)據(jù)進行研究之后發(fā)現(xiàn)，水星內(nèi)部存在著一層鉆石，估計其厚度大約有16公里，也就是說，水星上不但有水，還有厚達16公里的鉆石層，這是怎么回事呢？我們接著看。

（想象圖）

根據(jù)行星演化模型，水星在形成之初是一顆熾熱的熔融態(tài)星球，當(dāng)水星逐漸冷卻時，由于重力分異的作用，較重的物質(zhì)不斷“下沉”，較輕的物質(zhì)則持續(xù)“上浮”，并最終形成了水星的地核、地幔和地殼。

在此次研究中，科學(xué)家對“信使號”傳回的探測數(shù)據(jù)進行了仔細分析，然后注意到水星表面存在著很多的“黑暗斑塊”，其反射率遠低于其他部分，隨后科學(xué)家利用基于多光譜成像設(shè)備和X射線光譜儀的數(shù)據(jù)，對這些區(qū)域中的化學(xué)成分進行了精確分析，確認了這些“黑暗斑塊”的主要物質(zhì)，其實是由碳元素構(gòu)成的石墨。

科學(xué)家據(jù)此認為，水星表面的石墨的形成機制應(yīng)該是：水星在其形成初期擁有大量的碳元素，以至于其內(nèi)部熔融狀態(tài)物質(zhì)中的碳元素含量已達到飽和，也正因為如此，在水星逐漸冷卻的過程中，一部分碳元素逐漸上浮到水星地表，隨著水星的冷卻，這些碳元素最終形成了石墨，并覆蓋在行星表面的一部分區(qū)域。

通過深入研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水星的地幔比我們之前認為的還要深約80公里，這意味著在靠近水星核心的地幔邊界處的溫度和壓力比之前認為的更高，從理論上來講，足以將那里的碳元素就會轉(zhuǎn)化為鉆石。

為了驗證這一理論，科學(xué)家模擬了水星早期的高溫高壓環(huán)境，他們利用鐵、硅和碳等元素“調(diào)配”出類似于水星形成之初的化學(xué)混合物，并在實驗中引入了大量硫元素（這是因為水星表面富含硫，這表明了其內(nèi)部也會含有更多的硫）。

在此之后，科學(xué)家通過多面砧壓機設(shè)備，將這些化學(xué)混合物置于極端條件下，施加了高達7Gpa（大概相當(dāng)于地球海平面大氣壓的7萬倍）的壓力，同時將其加熱至1970攝氏度，實驗結(jié)果表明，在這種環(huán)境下，碳元素確實能夠形成鉆石。