新研究发现水星表面下可能潜藏着 9 英里长的固体钻石

新的模拟表明，水星表面深处可能潜藏着一层 9 英里厚的钻石。几乎可以肯定，这些宝石不能被开采来用于装饰——但它们可能有助于解开地球上一些最大的谜团。

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一项新的研究表明，水星表面以下数百英里处可能有一层厚厚的钻石。该研究结果于 6 月 14 日发表在《自然通讯》杂志上，可能有助于解开有关行星组成和奇特磁场的谜团。

水星充满了神秘色彩。其一，它有磁场。虽然它比地球弱得多，但它的磁性却是出乎意料的，因为这颗行星很小，而且地质上似乎不活跃。水星表面也有异常黑色的斑块，美国宇航局的信使号任务将其识别为石墨（碳的一种形式）。 

后一个特征引起了北京高压科学技术高级研究中心的科学家、该研究的合著者Yanhao Lin的好奇心。他在一份声明中表示，水星极高的碳含量“让我意识到它的内部可能发生了一些特殊的事情”。

尽管水星很奇怪，但科学家怀疑它可能是像其他类地行星一样形成的：由炽热的岩浆海洋冷却而成。就水星而言，这片海洋可能富含碳和硅酸盐。首先，金属在其中凝结，形成中央核心，而剩余的岩浆则结晶成行星的中地幔和外地壳。 

多年来，研究人员认为地幔的温度和压力刚好足以让碳形成石墨，石墨比地幔轻，漂浮到地表。但 2019 年的一项研究表明，水星的地幔可能比之前认为的深 80 英里（50 公里）。这将大大提高地核和地幔之间边界的压力和温度，为碳结晶成金刚石创造条件。 

为了研究这种可能性，包括林在内的比利时和中国研究人员团队调制出了含有铁、二氧化硅和碳的化学汤。这种混合物的成分与某些陨石类似，被认为模仿了婴儿水星的岩浆海洋。研究人员还在这些汤中加入了不同数量的硫化铁。他们认为岩浆海洋中含有大量的硫，因为水星现在的表面也富含硫。 

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研究小组使用多砧压力机，将化学混合物承受 7 吉帕斯卡的压碎压力（大约是海平面地球大气压力的 70,000 倍）和高达 3,578 华氏度（1,970 摄氏度）的温度。这些极端条件模拟了水星深处的条件。

此外，研究人员除了模拟石墨或金刚石稳定的物理条件外，还使用计算机模型对水星核幔边界的压力和温度进行更精确的测量。林说，这样的计算机模型告诉我们行星内部的基本结构。 

实验表明，橄榄石等矿物质可能是在地幔中形成的——这一发现与之前的研究一致。然而，研究小组还发现，在化学酿造物中添加硫会导致其只有在更高的温度下才会凝固。这样的条件更有利于钻石的形成。事实上，该团队的计算机模拟表明，在这些修改后的条件下，当水星内核凝固时，钻石可能已经结晶。由于它的密度低于核心，因此它向上漂浮到核心-幔边界。计算还表明，如果存在钻石，则会形成平均厚度约为 9 英里（15 公里）的层。  

然而，开采这些宝石并不完全可行。除了地球的极端温度之外，钻石还太深——地表以下约 300 英里（485 公里）——无法开采。 

但宝石的重要性却有不同的原因：它们可能与水星的磁场有关。林解释说，钻石可能有助于在地核和地幔之间传递热量，从而产生温差并导致液态铁旋转，从而产生磁场。 

研究结果还有助于解释富含碳的系外行星如何演化。林说：“导致水星上钻石层形成的过程也可能发生在其他行星上，可能会留下类似的特征。” 

更多线索可能来自欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构的联合任务BepiColombo。该航天器于 2018 年发射，计划于 2025 年开始绕水星运行。