美國太空總署 NASA 近日發佈一項令人震驚的消息，由中國和比利時的科學家團隊派出的一艘航天器探測發現，太陽系中最小且距離太陽最近的行星——水星（Mercury），地表下可能蘊藏了一片厚達14公里的「鑽石海洋」。這一發現不僅有助於解釋水星的組成，還可能解開其奇特磁場的謎團。
▲NASA最新發現，水星的地表下可能蘊藏一片「鑽石海」。（示意圖／ENews資料庫）
水星是太陽系中離太陽最近的行星，由於它與太陽的距離非常近，因此受到太陽引力的強烈影響，擁有快速的軌道速度，也是太陽系中運動速度最快的行星。這顆充滿奧祕的行星一直以來是科學家們研究的焦點，因為它和太陽系其他行星間有著許多不同的特徵，例如極黑暗的表面、高密度的核心以及早期結束的火山活動，過去許多研究推測水星的高密度可能和鐵質核心有關，至於表面上的異常黑色斑塊，NASA 航天器（MESSENGER）探測判斷為石墨。
然而最新研究顯示，水星的核心-地幔邊界（core-mantle boundary，簡稱CMB）的壓力和溫度條件可能更適合碳元素結晶成鑽石，而非石墨。為了驗證這一假設，研究團隊使用大型壓力機模擬水星內部的高壓高溫條件，並結合地球物理模型和熱力學計算進行實驗，也試著調製一款含有鐵、二氧化矽和碳的「化學混合物」來比擬早期水星的岩漿海洋，團隊將這種混合物置於模擬水星深處環境的7 GPa壓力與1,970℃極端條件下，並使用電腦模型對水星核函邊界的壓力和溫度進行更精確的測量。
研究結果顯示，水星地函深度可能比之前預測的還要深50公里，這將大幅提高核函邊界的壓力和溫度，為碳結晶成鑽石創造了良好的條件。此外，研究人員還認為水星岩漿海含有大量硫，加上水星表面如今富含硫，因此他們在混合物內加入不同數量的硫化鐵，進一步模擬水星的真實環境。在大約5.575 GPa的壓力和11%的硫含量下，水星的岩漿海洋溫度變化約為358開爾文。儘管石墨可能是岩漿海洋結晶過程中的主要碳相，但核心的結晶導致了在CMB形成鑽石層。
電腦模擬結果表明，當水星內核凝固，鑽石可能已經形成結晶，由於密度低於核心，這些鑽石可能會上浮至核函邊界，如果水星深處真有鑽石存在，將形成平均厚度約 15 公里的固體鑽石層。儘管水星的鑽石層無法被開採，但它們可能與水星磁場有關，比如鑽石層在地核、地函之間傳遞熱量，產生溫差導致核心液態鐵旋轉，進而產生磁場。研究人員表示，類似的鑽石層形成過程也可能在其他行星上發生，並留下相似的特徵，這對於天文學家分析類地行星的特徵非常有幫助，之前觀測數據已發現某些系外行星的環境可能適合鑽石的形成。
這項研究由中國和比利時的科學家團隊共同完成，並於2024年6月14日發表在《自然通訊》期刊上。北京高壓科學與技術研究中心的林衍昊博士表示：「許多年前，我注意到水星極高的碳含量可能意味著其內部發生了特殊的變化，這使我意識到，水星內部可能有些不尋常的事情正在發生。」這一發現不僅為研究人員提供了新的視角來理解水星的組成和演化，還可能對未來的太空探測和資源開發帶來深遠的影響。
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