Merkur Može Imati Sloj Dijamanata Debljine ~15–18 km, Pokazuju MESSENGER Podaci i Laboratorijski Eksperimenti

Merkur ne deluje kao planeta za raskoš: mali, izubijan i tamno-sivi. Ipak, nova analiza podataka sa NASA-ine misije MESSENGER i laboratorijski eksperimenti ukazuju da duboko ispod površine, na granici između plašta i jezgra, može postojati sloj dijamanata debljine reda veličine desetina kilometara.

NASA image from September 29, 2009, shows Mercury’s surface snapped by the Messenger spacecraft during its third fly-by. (CREDIT: AFP/Getty Images)

Kako su došli do tog zaključka?

Istraživači su iskoristili novije modele zasnovane na gravitacionim merenjima da bi preračunali pritiske na granici plašt–jezgro Merkura. Dobijene vrednosti pritiska kreću se otprilike između 5,38 i 5,77 GPa (mogući maksimum do ~7 GPa). Takvi pritisci, zajedno sa hemijskim sastavom planete, menjaju termodinamičku ravnotežu između grafita i dijamanta.

An artist’s rendering of the MESSENGER spacecraft at Mercury. (CREDIT: NASA)

Laboratorijski eksperimenti

Tim je u velikom pritiskom kontrolisanom prostoru reprodukovao uslove ranog Merkura: zagrevanje sastava sličnog merkurijanskom do visokih temperatura i pritiscima koji važe blizu plašt–jezgra. Posebnu pažnju posvetili su ulozi sumpora (7–11 wt%) i sastavu silikata sličnom enstatitnim hondritima — materijalima koje smatraju relevantnim za primordijalni Merkur.

Proposed scenario for the formation of diamond at Mercury’s core-mantle boundary. (CREDIT: Nature Communications)

U prisustvu većeg udela sumpora, likvidus temperatura se spušta, što je u nekim pritisno-temperaturnim kombinacijama omogućilo ulazak u polje stabilnosti dijamanta. Bez sumpora bio je povoljniji grafit.

Thickness of the diamond layer at the core-mantle boundary. (CREDIT: Nature Communications)

Ključni mehanizam: kristalizacija jezgra

Najvažniji predloženi proces nije direktno kristalizovanje iz magmatskog okeana, već koncentracija ugljenika tokom kristalizacije metalnog jezgra. Kako se unutrašnje jezgro Merkurija stvrdnjavalo, ugljenik bi se koncentrisao u preostalom tečnom sloju. Pošto dijamant pod ovim uslovima može biti stabilniji od gvožđe-karbida, čestice dijamanta bi bile manje gustine od tečne metalne legure i plutale bi nagore, nakupljajući se na interfejsu plašt–jezgro.

Procene i neizvesnosti

Autori procenjuju da bi takav proces mogao stvoriti sloj prosečne debljine oko 14,9–18,3 km (približno 9–11 milja). Neizvesnost u proceni je velika (~10,6 km), a istraživači naglašavaju da su to delimično gornje-granične procene: rani ugljenični materijal mogao je promeniti fazu, a kasnija konvekcija unutar plašta mogla je premeštati materijal.

Implikacije

Postojanje provodljivog sloja bogatog dijamantom na granici plašt–jezgro moglo bi uticati na toplotni režim vrha tečnog jezgra i time na dinamiku generisanja Merkurovog magnetnog polja. Za razliku od izolacionog FeS sloja, dijamantski sloj bi mogao drugačije kanalizovati toplotni tok i doprineti termalnoj stratifikaciji.

Poređenje sa drugim telima

Spekulacije o dijamantima unutar nebeskih tela postoje i za druge planete i egzoplanete (npr. ledeni džinovi i pojedine egzoplanete s visokim udelom ugljenika). Ipak, Merkur je poseban zbog svog jako reduciranog sastava, relativno bogatog ugljenikom i sumporom, što zajedno sa novim procenama pritiska čini scenarij dijamantskog sloja verodostojnijim.

Zaključak

Rad je objavljen u Nature Communications i predstavlja zanimljiv, ali ne i konačan, argument za prisustvo dijamantskog sloja na Merku. Potvrda zahteva dalje modeliranje, dodatna merenja i eventualno buduće misije koje bi bolje rasvetlile unutrašnju strukturu planete.