美国宇航局航天器发现水星上有一层厚达 10 英里的钻石

太阳系最小的行星可能隐藏着一个大秘密。利用美国宇航局信使号航天器的数据，科学家确定，距离太阳最近的行星水星的地壳下可能存在一个 10 英里厚的钻石地幔。 

水星一直让科学家感到困惑，因为它具有许多太阳系其他行星所不具备的特性。这些特性包括非常黑暗的表面、极其致密的核心，以及水星火山时代的过早结束。 

这些谜团中还包括石墨斑块，这是太阳系最内层行星表面的一种碳（或“同素异形体”）。这些斑块让科学家推测，在水星的早期历史中，这颗小行星曾有一个富含碳的岩浆海洋。这片海洋可能漂浮到表面，形成了石墨斑块和水星表面的暗色调。 

相同的过程也会导致地表之下形成富含碳的地幔。该研究团队认为，这种地幔并非之前猜测的石墨烯，而是由另一种更为珍贵的碳同素异形体——钻石构成。 

“我们计算得出，考虑到地幔-地核边界压力的新估计值，并且知道水星是一颗富含碳的行星，地幔和地核交界处形成的含碳矿物是钻石而不是石墨，”团队成员、鲁汶天主教大学副教授奥利维尔·纳穆尔告诉 Space.com。“我们的研究使用了美国宇航局信使号航天器收集的地球物理数据。”

信使号（水星表面、空间环境、地球化学和测距）于 2004 年 8 月发射，成为第一艘环绕水星的航天器。该任务于 2015 年结束，绘制了整个小世界的地图，在两极的阴影中发现了大量水冰，并收集了有关水星地质和磁场的重要数据。

在压力之下！

这项新研究也与几年前的一个重大惊喜有关，当时科学家重新评估了水星的质量分布，发现这颗小行星的地幔比以前认为的要厚。

纳穆尔说：“我们直接想到，这必定对水星上碳、钻石与石墨的形态（系统中元素或同素异形体的化学物质分布情况）具有重大影响。”

研究小组在地球上研究了这一现象，他们使用大容量压力机复制了水星内部的压力和温度。他们对一种合成硅酸盐施加了令人难以置信的压力，超过 7 千兆帕，作为水星地幔中物质的替代品，温度高达 3,950 华氏度（2,177 摄氏度）。

这使得他们能够研究水星早期地幔中发现的矿物在这些条件下是如何变化的。他们还使用计算机建模来评估水星内部的数据，这为他们提供了水星钻石地幔如何形成的线索。

“我们认为钻石可能是通过两种过程形成的。首先是岩浆海的结晶，但这一过程很可能只在地核/地幔界面形成了一层非常薄的钻石层，”纳穆尔解释道。“其次，也是最重要的，是水星金属核心的结晶。”

纳穆尔说，当水星在大约 45 亿年前形成时，这颗行星的核心完全是液态的，随着时间的推移逐渐结晶。目前尚不清楚内核中形成的固相的确切性质，但该团队认为这些相的碳含量一定很低或“碳含量低”。“

结晶前的液态核心含有一些碳；因此，结晶会导致残留熔体中碳的富集，”他继续说道。“在某个时刻，达到溶解度阈值，这意味着液体无法溶解更多的碳，钻石就形成了。”

钻石是一种致密的矿物，但不如金属致密，这意味着在此过程中，它会漂浮到地核顶部，停在水星地核和地幔的边界。这将导​​致形成约 0.62 英里（1 公里）厚的钻石层，然后随着时间的推移继续增长。 

这一发现凸显了距离太阳最近的行星的诞生与太阳系其他岩石行星金星、地球和火星的诞生之间的差异。

“水星形成于距离太阳更近的地方，很可能是由富含碳的尘埃云形成的。因此，水星的氧气含量比其他行星少，碳含量更高，从而形成了钻石层，”纳穆尔补充道。“然而，地球的核心也含有碳，而且许多研究人员已经提出地球核心中存在钻石。”

研究人员希望这一发现能够帮助揭示围绕这颗太阳系最小行星的一些其他谜团的线索，包括为什么它的火山阶段在大约 35 亿年前被缩短。

“我对水星演化的一个主要疑问是，为什么火山活动的主要阶段只持续了几亿年，比其他岩石行星短得多。这一定意味着这颗行星冷却得非常快，”纳穆尔说。“这在一定程度上与行星体积小有关，但我们现在正与物理学家合作，试图了解钻石层是否可能导致热量快速散发，从而很早就终止了主要的火山活动。”

纳穆尔表示，该团队的下一步将是研究地幔/地核边界处钻石层的热效应。这项研究可能会得到信使号后续任务的数据支持。

纳穆尔总结道：“我们也热切地等待贝皮哥伦布号收集到的第一批数据，希望在 2026 年，以完善我们对水星内部结构和演变的了解。”

该团队的研究成果发表在《自然通讯》杂志上。