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研究:水星地表下可能藏18公里厚鑽石層

這幅水星合成圖像呈現星球表面岩石之間在化學成分、礦物結構和物理特性上的差異。(NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington)
這幅水星合成圖像呈現星球表面岩石之間在化學成分、礦物結構和物理特性上的差異。(NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington)

文/記者李言
水星是離太陽最近的行星,在太陽系中也最小。最新研究顯示,在這顆深灰色星球地表下約499公里處,可能藏著厚達18公里鑽石層。

水星鑽石層單個鑽石無法判斷有多大。比利時列日大學地質學系主任查理爾(Bernard Charlier)說,「我們不知道它們的大小」,但鑽石完全由碳構成,所以從成分來看,應該與地球上的鑽石類似,看起來就像純淨的鑽石。

查理爾是研究報告的共同作者之一。他表示,由於這些鑽石位於大約499公里的地下。雖然無法開採,但這些鑽石仍然有機會證實自己的存在。

查理爾說,水星表面部分熔岩由地函深處的熔融作用形成。「我們有理由相信,這一過程可能會像地球上一樣,將一些鑽石帶到地表。」

這份研究報告已刊登在《自然通訊》期刊。

45億年前 石墨變鑽石晶體?

新發現的鑽石可能形成於大約45億年前,水星剛從塵埃與氣體雲凝聚成行星之際,在高壓、高溫的環境中產生。據悉,這顆新生行星當時擁有一層石墨地殼,位於其下深層的是汪洋般的岩漿。

研究人員利用鍛造壓力機設備,在實驗中模擬水星極端的環境。鍛造壓力機通常被用來研究材料在極端壓力下的反應,同時也用於生產人造鑽石。

實驗樣本融化後,科學家在電子顯微鏡下觀察化學和礦物變化,發現石墨變成鑽石晶體。研究人員說,這讓他們對水星表面下隱藏的祕密,有更深入的了解。

「水星表面有大量以石墨形式存在的碳,但關於水星內部的研究卻非常少。」研究報告共同作者、北京高壓科學研究中心科學家林衍昊(Yanhao Lin)表示。

鑽石層厚度估15~18公里

水星是離太陽最近、最小的行星。它也是太陽系中人類探索最少的類地行星。根據美國國家航空暨太空總署(NASA)探測太空船「信使號」(Messenger)於2011~2015年完成的水星探測任務,水星富含碳元素,表面之所以呈現灰色,是因爲廣泛存在的石墨(碳的同素異形體)。而純碳在特定壓力和溫度條件下可形成鑽石。研究人員想知道,在水星形成過程中是否也會出現這種過程。

根據信使號的研究,水星上也存在硫磺,林衍昊、查理爾和同事進行模擬實驗時,對水星形成時內部狀態又有了新發現。

「與不含硫的系統(如地球)相比,水星岩漿在較低的溫度下就能完全熔化,有利於鑽石的穩定性,因為鑽石喜歡高壓但溫度較低的環境。」查理爾說,「這正是我們實驗的主要發現:水星岩漿海的溫度比預期低,而且重新解讀(信使號)對(水星)地質物理測量數據,我們得知其深度也比預期的深。」

他表示,估計水星鑽石層的厚度在15~18公里之間,但這個數值可能會發生變化,因為隨著水星核心不斷冷卻,鑽石的形成過程也會繼續。

CNN報導,科學家可能很快就會對水星上的鑽石問題了解更多。2018年10月發射的貝皮可倫坡號(BepiColombo),預計將在執行一系列飛越任務後,於2025年12月進入水星軌道。該任務由太空總署和日本宇宙航空研究開發機構領導,將從軌道上研究這顆行星,進而揭示更多與它內部、特徵相關的訊息。◇