Pod powierzchnią Merkurego może kryć się gruba warstwa diamentów. Czy da się do nich dotrzeć?

W tym artykule:

1. Tajemnicza planeta Merkury
2. Zagadka powierzchni Merkurego
3. Jak gruby jest płaszcz Merkurego
4. Warstwa diamentów we wnętrzu planety
5. Pole magnetyczne Merkurego

W czasopiśmie „Nature Communications” ukazała się zaskakująca praca naukowców z Chin i Belgii. Sugeruje ona, że w środku Merkurego – najmniejszej planety Układu Słonecznego – miałaby się znajdować warstwa diamentów. Jej grubość szacowana jest aż na 15–18 km. Badacze podejrzewają, że diamenty ukrywają się kilkaset kilometrów pod powierzchnią planety, na granicy pomiędzy płaszczem a jądrem.

Tajemnicza planeta Merkury

W skład Układu Słonecznego wchodzą cztery planety skaliste: Mars, Ziemia, Wenus i właśnie Merkury. Wszystkie uformowały się w podobnym okresie, ok. 4,5 mld lat temu. Jednak zasadniczo różnią się od siebie, a bodaj najbardziej zagadkową budowę ma Merkury.

Planeta ta ma promień wynoszący 2440 km. To ok. 1/3 promienia Ziemi. Jednak większość jego wnętrza zajmuje metaliczne jądro. Ma ono promień aż 2074 km, co stanowi 85 proc. promienia globu. Jądro to jest częściowo płynne, a od powierzchni oddziela go cienka, zaledwie kilkusetkilometrowa warstwa płaszcza.

Zagadka powierzchni Merkurego

Dużą część informacji, jakie mamy o Merkurym, zawdzięczamy dwóm sondom. Pierwsza to Mariner 10, która zbliżyła się do planety w latach 70. XX w. Druga – MESSENGER – badała Merkurego między 2008 a 2015 rokiem.

Obserwacje MESSENGERA przyniosły ciekawe informacje o powierzchni globu. Merkury z wyglądu przypomina nasz Księżyc. Jest szarawy i pokryty kraterami wybitymi przez planetoidy. Jednak jego powierzchnia jest nietypowo ciemna. Zdaniem badaczy to efekt obecności grafitu, jednej z odmian węgla.

Ta cecha Merkurego zaintrygowała Yanhao Lina, współautora najnowszych badań. – Wiele lat temu zauważyłem, że niezwykle wysoka zawartość węgla w Merkurym może mieć znaczące konsekwencje. Uświadomiło mi to, że prawdopodobnie w jego wnętrzu wydarzyło się coś wyjątkowego – wspomina dr Lin.

Merkury może mieć obszar „potencjalnie nadający się do życia”. Co mogłoby przeżyć na takiej planecie?

Na najmniejszej planecie Układu Słonecznego mogą istnieć warunki do utrzymania się życia. Najbardziej odporne mikroorganizmy mogłyby przetrwać w kraterach w pobliżu północnego bieguna Me...

Jak gruby jest płaszcz Merkurego

Autorzy zaskakującej hipotezy o diamentach przeanalizowali ewolucję Merkurego. Przyjęli, że na samym początku swojego istnienia Merkury, jak inne planety Układu Słonecznego, składał się z oceanu stygnącej magmy. Magmę Merkurego charakteryzowała duża zawartość węgla i krzemu. Najpierw doszło w niej do koagulacji metali, które utworzyły jądro. Później, w trakcie stygnięcia, z części węgla powstał grafit, który uniósł się na powierzchnię. Krzem wszedł w skład krzemianów, tworzących płaszcz Merkurego.

W tym opisie nie ma jeszcze diamentów. Jednak Lin zwrócił uwagę na badanie sprzed pięciu lat sugerujące, że płaszcz Merkurego jest o 50 km grubszy niż dotychczas przypuszczano. Gdyby tak było, zmieniałoby to temperaturę i ciśnienie w jego wnętrzu. A to z kolei by oznaczało, że w środku Merkurego węgiel mógł ulec przemianie nie tylko w grafit.

Warstwa diamentów we wnętrzu planety

Chińscy i belgijscy naukowcy – z pekińskiego Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research oraz Katolickiego Uniwersytetu Lowańskiego i Uniwersytetu w Liège – stworzyli następnie mieszaninę związków chemicznych. Jej skład odpowiadał prawdopodobnemu składowi magmy Merkurego.

Mieszanina zawierała węgiel, krzem, żelazo oraz różną domieszkę siarczków żelaza. Badacze ścisnęli ją prasą, osiągając ciśnienie 7 gigapaskali (70 tys. razy większe niż na powierzchni Ziemi). A także podgrzali do prawie 2 tys. stopni Celsjusza. Miało to odpowiadać warunkom panującym we wnętrzu Merkurego.

Zgodnie z przypuszczeniami, w mieszaninie utworzyły się oliwiny, minerały zaliczane do krzemianów. Tego się spodziewano, naukowców interesowało bardziej, co stanie się z węglem. Okazało się, że dla jego przemian kluczowa jest obecność siarki. Przy pewnej jej ilości (11 proc.) zmieniała się temperatura, w której mieszanina zastygała. Tym samym zaś powstawały warunki pozwalające na powstanie diamentów.

Zdaniem badaczy w czasie ewolucji Merkurego główną przemianą, jaką przechodził węgiel, była przemiana w grafit. Jednak nie wykluczyli, że część węgla mogła zamienić się w formę krystaliczną, czyli diamenty. – Jeśli diamenty uformowały się w oceanie magmy, mogły opaść na dno i osadzić się w CMB [ang. core-mantle boundary, granica między płaszczem a jądrem] – mówi Lin.

Pole magnetyczne Merkurego

Naukowcy oszacowali, że warstwa diamentów wewnątrz Merkurego może mieć 15–18 km grubości. Nie ma szans, byśmy je wydobyli – znajdują się 400–500 km pod powierzchnią, na której temperatury wahają się między 430 a minus 180 st. C. Jednak, gdyby istniała, warstwa ta mogłaby wyjaśniać istnienie pola magnetycznego Merkurego.

Pole magnetyczne Merkurego jest słabsze od ziemskiego, ale jak na tak niedużą planetę – silne i globalne. Skąd się bierze? To jedna z zagadek Merkurego. Lin zwraca uwagę, że diamenty mają wysokie przewodnictwo cieple. Ich obecność wewnątrz planety ułatwiałaby transport ciepła z jądra do płaszcza. – Powodowałoby to stratyfikację temperatury i zmiany konwekcji w płynnym jądrze zewnętrznym Merkurego, a tym samym wpływało na wytwarzanie pola magnetycznego – mówi Lin.

Potwierdzenie tej hipotezy wymaga nowych danych o Merkurym. Być może pojawią się już w przyszłym roku. W grudniu 2025 r. na orbitę Merkurego wejdzie sonda BepiColombo. BepiColombo, wspólny projekt ESA i japońskiej agencji kosmicznej, została wystrzelona w 2018 r.

Źródła: Nature Communications, phys.org, NASA, Live Science.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com