Высокая плотность Меркурия позволяет предположить, что его ядро состоит из железа, и этого достаточно, чтобы вызвать интерес ученых. Объем этого ядра, которое, вероятно, является жидким, занимает почти 2/3 его объема (61% по сравнению с 17% для ядра Земли). Более того, мантия планеты имеет относительно толстую кору. В 2004 году космический аппарат НАСА «Мессенджер» обнаружил на поверхности Меркурия кору, содержащую большое количество графита. Присутствие графита говорит о богатом углеродом прошлом, что придает планете темный вид.
Долгое время наблюдатели считали, что графитовая кора на Меркурии образовалась в результате кристаллизации океана магмы. Однако новое исследование, опубликованное в журнале учеными из Китая и Бельгии, предполагает гораздо более сложную реальность. Яньхао Линь, соавтор работы и научный сотрудник Пекинского центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления, сказал: «Чрезвычайно высокое содержание углерода на Меркурии заставило меня понять, что в его ядре, вероятно, произошло нечто особенное«.
Алмазы в основании мантии Меркурия
Чтобы подтвердить гипотезу о кристаллизации океана магмы, лежащего в основе формирования гранитной коры на поверхности Меркурия, Лин и его команда провели особенно изобретательный эксперимент. Они смоделировали внутренние условия планеты, используя среду высокого давления и термодинамическое моделирование. Для этого они создали смесь, похожую на сочетание определенного типа метеоритной породы с железом, кремнием, углеродом и переменным количеством сульфида железа. Затем команда подвергла эти химические составы сокрушительному давлению в 7 ГПа (что примерно в 70 000 раз превышает давление земной атмосферы на уровне моря). Затем смеси подверглись воздействию температуры до 1 970 °C.
По окончании экспериментов исследователи пришли к выводу, что минералы, такие как оливин, скорее всего, образовались в мантии Меркурия. По их мнению, эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями. Однако оставался один вопрос: как углерод мог кристаллизоваться в алмаз? Исследователи сообщили, что это можно объяснить условиями на границе ядра и мантии. Фактически, процесс кристаллизации во внутреннем ядре привел бы к тому, что углерод был бы «отторгнут», а затем оказался бы в высокой концентрации во внешней части ядра. Под воздействием окружающих условий, в частности очень высокого давления и экстремальных температур, углерод превратился бы в алмаз. Образовавшиеся кристаллы чуть позже поднялись бы к границе ядра и мантии, образовав толстый слой толщиной около 15 км.
Ученые также предположили, что образование алмазов может повлиять на термодинамику и конвекцию в жидком ядре Меркурия. Это может оказать потенциальное влияние на генерацию магнитного поля. «Алмазы могут способствовать переносу тепла между ядром и мантией, что создаст разницу температур и заставит жидкое железо завихриться, создавая тем самым магнитное поле«, — объясняет Лин.
Это исследование открывает путь к анализу формирования и эволюции богатых углеродом экзопланет типа Меркурия. «Процессы, которые привели к образованию алмазного слоя на Меркурии, могли происходить и на других планетах, потенциально оставляя похожие следы«, — заключает Лин.