要點:
美國太空總署的信使號任務揭示了陽系最小且距離太陽最近的行星“水星”，隱藏著一個大秘密。
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7月24日，根據最新資料，美國宇航局/NASA的一艘航天器發現了太陽系最小的行星“水星/Mercury”，其地表下可能蘊藏着巨大的財富。
在浩瀚宇宙中，水星常被誤認為是一顆明亮的恆星。然而，這顆距離太陽最近的行星如今可能隱藏着一片“鑽石海洋”。這一發現不僅重新定義了科學家對太陽系內側行星的理解，也為行星形成的理論提供了全新的視角。
水星下的10英里厚“鑽石海洋”
水星是離太陽最近的行星，其軌道半徑約為57,400,000公里。由於其距離太陽非常近，水星受到太陽引力的強烈影響，因此其軌道速度非常快，是太陽系中運動速度最快的行星。
此外，水星由於其快速運動和靠近太陽的位置，表面溫度變化極為劇烈。白天時，由於缺乏大氣層的保溫，水星表面的溫度可高達430攝氏度，而夜晚則可能降至零下170攝氏度以下。這種極端的環境條件造就了水星表面獨特的特徵，包括廣闊的平原和縱橫交錯的懸崖峭壁。
盡管水星的表面條件極端，人類對其研究依然充滿熱情
科學家們通過探測器在水星軌道上進行觀測，以獲取更多有關這顆行星的信息。早在20年前，信使號/MESSENGER於2004年8月發射升空，成為第一艘環繞水星運行的航天器。該任務於2015年圓滿結束，成功繪制了水星的完整地圖，揭示了極地區域丰富的水冰，并收集了關於水星地質和磁場的重要數據。
几十年來，水星表面的深色石墨斑塊（主要成分為碳）一直令科學家們困惑。水星表面的石墨含量使其反射率僅為9%，這些碳元素的含量比地球高出近百倍，這可能與行星形成初期有關。水星長期以來一直令科學家感到困擾，因為它具有許多其他太陽系行星所不具備的特徵，包括極其黑暗的表面、密集的核心以及火山活動的過早結束。
這些石墨斑塊表明，水星可能曾經擁有一個富含碳的岩漿海洋，當岩漿滲出到表面時便形成了這些斑塊。相同的地質過程也可能在地幔中形成富含碳的物質。然而，新的數據和對行星表面質量的重新評估顯示，水星的地幔并非由石墨搆成，而是由珍貴的鑽石組成，這一發現為水星的內部組成提供了全新的視角。
近日，相關研究團隊在“自然通訊”雜志上發布了他們的研究成果。他們使用高壓實驗裝置模擬了水星地殼下方的高溫環境，溫度高達3950華氏度。通過這些實驗，科學家們觀察了在水星早期曆史中發現的礦物如何反應。
魯汶大學副教授奧利維爾·納穆爾/Olivier Namur對外表示，“我們認為鑽石可能通過兩個主要過程形成。首先是岩漿海的結晶，但這一過程可能只在地核/地幔界面形成了一層非常薄的鑽石層。其次，也是最重要的，是水星金屬核心的結晶。”
約45億年前，水星形成時，其核心完全是液態的，隨着時間推移逐漸結晶。“在結晶之前，液態核心含有一些碳。隨着結晶過程的進行，殘留熔體中的碳濃度逐漸增加，”Namur解釋說。“當碳濃度達到溶解度閾值時，液體無法再溶解更多碳，鑽石便開始形成。由於鑽石的密度低於金屬，它會漂浮到水星核心的頂部，并在核心和地幔之間形成約0.62英里厚的鑽石層，這一層隨着時間不斷增厚。”
這一發現不僅令人驚訝，還揭示了內行星（金星、地球和火星）形成過程中可能存在的不同機制。水星形成於距離太陽較近的地方，很可能是由富含碳的塵埃云組成的。因此，水星的氧含量較低，而碳含量較高，從而形成了鑽石層。相比之下，地球核心也含有碳，并且已有研究人員提出了地球核心中可能存在鑽石的理論。
研究外的意外驚喜
這項新研究與几年前的一個重大發現相關聯，當時科學家重新評估了水星的質量分布，發現其地幔比之前認為的要厚。
Namur對此表示，“我們立刻想到，這必然會對水星上碳的分布類型（如鑽石與石墨）產生重大影響。”
研究團隊在地球上使用高壓實驗裝置模擬了水星內部的壓力和溫度。他們對合成硅酸鹽施加了超過7千兆帕的巨大壓力，并將其加熱至2177攝氏度，以此模擬水星地幔的條件。這些實驗使他們能夠研究在這些極端條件下，類似於水星早期存在的礦物如何變化。團隊還使用計算機建模分析了水星內部的數據，這為他們提供了有關水星鑽石地幔形成的線索。
大約45億年前水星形成時，其核心完全是液態的，隨着時間的推移逐漸結晶。雖然核心中形成的固相的確切性質尚不明確，但研究團隊認為這些相必定是低碳或“碳貧”的。
“在結晶之前，液態核心含有一些碳；因此，結晶過程會導致殘余熔體中的碳濃度增加。當碳的濃度達到溶解度閾值時，液體無法再溶解更多的碳，鑽石就開始形成。”Namur補充說到。
鑽石的密度比金屬小，這意味着在結晶過程中，鑽石會浮到核心頂部，并在水星的核心和地幔邊界處形成一個約1公里厚的鑽石層，并隨着時間的推移不斷增厚。這一發現突顯了水星與太陽系其他岩石行星（金星，地球和火星）形成過程的差異。
水星形成於更靠近太陽的地方，可能來自富含碳的塵埃云。結果，水星比其他行星含氧量更少，含碳量更多，這導致了鑽石層的形成。然而，地球的核心也含有碳，并且已有研究人員提出地球核心中可能形成鑽石。
此外，研究人員希望這一發現有助於揭示圍繞這顆太陽系最小行星的一些其他謎團，包括為何其火山活動階段在大約35億年前就結束了。
Namur表示，“我對水星演化的一個主要問題是為什么其主要火山活動階段只持續了几億年，遠短於其他岩石行星。這一定意味着這顆行星冷卻得非常快。這部分與行星的小尺寸有關，但我們現在正在與物理學家合作，試圖了解鑽石層是否有助於非常快地散熱，從而很早就終止了主要的火山活動。”
目前，研究團隊的下一步將是研究地幔/核心邊界處鑽石層的熱效應。這項研究可能會得到繼MESSENGER之后的任務的數據支持。與此同時，團隊也急切地等待BepiColombo在2026年收集的第一批數據，以完善我們對水星內部結搆和演化的理解。
值得注意的是，這項研究的意義遠超水星本身。它為我們提供了關於類似行星形成過程的全新視角，特別是在行星內部結搆和成分的理解上。這種對水星鑽石地幔的發現，不僅揭示了水星特有的地質特徵，還提供了關於類似行星形成和演化的關鍵線索。這些發現可能幫助科學家更好地理解其他行星，尤其是那些與水星有相似形成條件的小型行星的內部結搆和組成。
此外，這一研究還引發了對水星強磁場形成原因的新思考。盡管水星的體積遠小於地球，但其磁場的強度卻相當顯著。研究人員推測，水星的鑽石地幔可能與其磁場的生成和維持有關。了解水星內部的碳分布和地幔結搆，可能揭示了其磁場產生的深層機制，并對其他行星磁場的形成提供新的見解。
未來，科學家們計划通過更多的觀測和模擬來驗證這一理論，以進一步了解水星及其他行星的內部結搆。這些研究不僅有助於解開水星的奧秘，還可能推動行星科學領域的新突破，揭示更多關於行星形成、演化和磁場機制的重要信息。隨着技朮的進步和數據的積累，我們將會發現更多關於行星內部的更多奧秘，丰富人類對宇宙的無限認知。
