Το μικρότερο πλανητικό σώμα του ηλιακού συστήματος ίσως κρύβει ένα μεγάλο μυστικό. Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το διαστημόπλοιο MESSENGER της NASA, οι επιστήμονες έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι ένας διαμαντένιος μανδύας πάχους 10 μιλίων μπορεί να βρίσκεται κάτω από τον φλοιό του Ερμή, του πλησιέστερου πλανήτη στον Ήλιο.
Ο Ερμής έχει εδώ και καιρό προβληματίσει τους επιστήμονες, καθώς διαθέτει πολλά χαρακτηριστικά που δεν είναι κοινά στους άλλους πλανήτες του ηλιακού συστήματος. Αυτά περιλαμβάνουν την πολύ σκοτεινή επιφάνειά του, τον αξιοσημείωτα πυκνό πυρήνα του, και το πρόωρο τέλος της ηφαιστειακής εποχής του.
Επίσης, ανάμεσα σε αυτά τα αινίγματα βρίσκονται περιοχές γραφίτη, ενός τύπου άνθρακα στην επιφάνεια του πιο εσωτερικού πλανήτη του ηλιακού συστήματος. Αυτές οι περιοχές έχουν οδηγήσει τους επιστήμονες να προτείνουν ότι στην πρώιμη ιστορία του Ερμή, ο μικρός αυτός πλανήτης είχε έναν ωκεανό μάγματος πλούσιο σε άνθρακα. Αυτός ο ωκεανός πιθανόν να ανέβηκε στην επιφάνεια, δημιουργώντας περιοχές γραφίτη και τη σκοτεινή απόχρωση της επιφάνειας του Ερμή. Η ίδια διαδικασία θα είχε επίσης οδηγήσει στον σχηματισμό ενός πλούσιου σε άνθρακα μανδύα κάτω από την επιφάνεια. Η ομάδα πίσω από αυτά τα ευρήματα πιστεύει ότι αυτός ο μανδύας δεν είναι γραφένιο, όπως είχε προηγουμένως υποτεθεί, αλλά αποτελείται από ένα άλλο, πολύ πιο πολύτιμο αλλότροπο του άνθρακα: διαμάντι.
«Υπολογίζουμε ότι, δεδομένης της νέας εκτίμησης της πίεσης στο όριο μεταξύ μανδύα και πυρήνα, και γνωρίζοντας ότι ο Ερμής είναι ένας πλανήτης πλούσιος σε άνθρακα, το ανθρακούχο ορυκτό που θα σχηματιζόταν στη διεπιφάνεια μεταξύ μανδύα και πυρήνα είναι διαμάντι και όχι γραφίτης», δήλωσε ο Olivier Namur, αναπληρωτής καθηγητής στο KU Leuven, στο Space.com. «Η μελέτη μας χρησιμοποιεί γεωφυσικά δεδομένα που συλλέχθηκαν από το διαστημικό σκάφος MESSENGER της NASA».
Το MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging) εκτοξεύθηκε τον Αύγουστο του 2004 και έγινε το πρώτο διαστημικό σκάφος που τέθηκε σε τροχιά γύρω από τον Ερμή. Η αποστολή, η οποία ολοκληρώθηκε το 2015, χαρτογράφησε ολόκληρο τον μικροσκοπικό πλανήτη, ανακαλύπτοντας άφθονο πάγο νερού στις σκιές των πόλων και συγκεντρώνοντας κρίσιμα δεδομένα για τη γεωλογία και το μαγνητικό πεδίο του Ερμή.
Υπό πίεση!
Αυτή η νέα μελέτη σχετίζεται επίσης με μια μεγάλη έκπληξη που προέκυψε πριν από λίγα χρόνια, όταν οι επιστήμονες επανεκτίμησαν την κατανομή της μάζας στον Ερμή, ανακαλύπτοντας ότι ο μανδύας αυτού του μικρού πλανήτη είναι παχύτερος από ό,τι πίστευαν προηγουμένως. "Αμέσως σκεφτήκαμε ότι αυτό πρέπει να έχει τεράστιες επιπτώσεις για την ειδίκευση [την κατανομή ενός στοιχείου ή ενός αλλοτρόπου μεταξύ χημικών ειδών σε ένα σύστημα] του άνθρακα, διαμάντι έναντι γραφίτη, στον Ερμή," δήλωσε ο Namur.
Η ομάδα ερεύνησε αυτό εδώ στη Γη χρησιμοποιώντας μια πρέσα μεγάλου όγκου για να αναπαράγει τις πιέσεις και τις θερμοκρασίες που υπάρχουν στο εσωτερικό του Ερμή. Εφάρμοσαν απίστευτα μεγάλες πιέσεις, άνω των επτά γιγαπασκάλ, σε ένα συνθετικό πυριτικό άλας που λειτουργούσε ως υποκατάστατο του υλικού που βρίσκεται στον μανδύα του Ερμή, επιτυγχάνοντας θερμοκρασίες έως και 2.177 βαθμών Κελσίου.
Αυτό τους επέτρεψε να μελετήσουν πώς τα ορυκτά, όπως αυτά που θα υπήρχαν στον μανδύα του Ερμή κατά τα πρώτα στάδια της ύπαρξής του, άλλαξαν υπό αυτές τις συνθήκες. Χρησιμοποίησαν επίσης υπολογιστική μοντελοποίηση για να αξιολογήσουν δεδομένα σχετικά με το εσωτερικό του Ερμή, το οποίο τους έδωσε ενδείξεις για το πώς θα μπορούσε να έχει δημιουργηθεί ο διαμαντένιος μανδύας του Ερμή.
Πιστεύουμε ότι το διαμάντι θα μπορούσε να έχει σχηματιστεί μέσω δύο διαδικασιών. Η πρώτη είναι η κρυστάλλωση του ωκεανού μάγματος, αλλά αυτή η διαδικασία πιθανώς συνέβαλε στο σχηματισμό μόνο μιας πολύ λεπτής στρώσης διαμαντιού στη διεπιφάνεια πυρήνα/μανδύα," εξήγησε ο Namur. "Δεύτερον, και το πιο σημαντικό, η κρυστάλλωση του μεταλλικού πυρήνα του Ερμή.
" Ο Namur ανέφερε ότι όταν ο Ερμής σχηματίστηκε πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, ο πυρήνας του πλανήτη ήταν πλήρως υγρός, κρυσταλλώνοντας προοδευτικά με την πάροδο του χρόνου. Η ακριβής φύση των στερεών φάσεων που σχηματίζονται στον εσωτερικό πυρήνα δεν είναι προς το παρόν καλά γνωστή, αλλά η ομάδα πιστεύει ότι αυτές οι φάσεις πρέπει να ήταν φτωχές σε άνθρακα ή "χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα."
«Ο υγρός πυρήνας πριν από την κρυστάλλωση περιείχε κάποιο άνθρακα· η κρυστάλλωση, επομένως, οδηγεί σε εμπλουτισμό του άνθρακα στο υπολειμματικό τήγμα», συνέχισε. «Σε κάποιο σημείο, επιτυγχάνεται ένα όριο διαλυτότητας, που σημαίνει ότι το υγρό δεν μπορεί να διαλύσει περισσότερο άνθρακα και σχηματίζεται διαμάντι».
Το διαμάντι είναι ένα πυκνό ορυκτό, αλλά όχι τόσο πυκνό όσο το μέταλλο, που σημαίνει ότι κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας θα είχε ανέλθει στην κορυφή του πυρήνα, σταματώντας στα όρια του πυρήνα του Ερμή και του μανδύα του. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός στρώματος διαμαντιού πάχους περίπου 1 χιλιομέτρου, το οποίο στη συνέχεια θα συνέχιζε να αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου.
Καθώς το διαστημόπλοιο MESSENGER πλησίαζε τον Ερμή για την ιστορική του πρώτη πτήση, το διαστημόπλοιο τράβηξε αυτό το ψηφιδωτό της "ηλιόλουστης" περιοχής του πλανήτη. (Πηγή εικόνας: NASA/JHUAPL/CIW)
Η ανακάλυψη αναδεικνύει τις διαφορές μεταξύ της γένεσης του πλησιέστερου πλανήτη στον ήλιο σε σύγκριση με τη δημιουργία των άλλων βραχωδών πλανητών του ηλιακού συστήματος, της Αφροδίτης, της Γης και του Άρη.
«Ο Ερμής σχηματίστηκε πολύ πιο κοντά στον ήλιο, πιθανότατα από ένα νέφος σκόνης πλούσιο σε άνθρακα. Ως εκ τούτου, ο Ερμής περιέχει λιγότερο οξυγόνο και περισσότερο άνθρακα από τους άλλους πλανήτες, γεγονός που οδήγησε στο σχηματισμό ενός στρώματος διαμαντιού», πρόσθεσε ο Namur. «Ωστόσο, και ο πυρήνας της Γης περιέχει άνθρακα, και ο σχηματισμός διαμαντιών στον πυρήνα της Γης έχει ήδη προταθεί από διάφορους ερευνητές».
Ο ερευνητής ελπίζει ότι αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να βοηθήσει στην αποκάλυψη στοιχείων για κάποια από τα άλλα μυστήρια γύρω από τον μικρότερο πλανήτη του ηλιακού συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του λόγου για τον οποίο η ηφαιστειακή του φάση κόπηκε απότομα πριν από περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια.
«Μια σημαντική ερώτηση που έχω για την εξέλιξη του Ερμή είναι γιατί η κύρια φάση ηφαιστειακής δραστηριότητας διήρκεσε μόνο μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, πολύ συντομότερα από άλλους βραχώδεις πλανήτες. Αυτό πρέπει να σημαίνει ότι ο πλανήτης ψύχθηκε πολύ γρήγορα» είπε ο Νάμουρ. «Αυτό σχετίζεται εν μέρει με το μικρό μέγεθος του πλανήτη, αλλά τώρα συνεργαζόμαστε με φυσικούς για να κατανοήσουμε αν ένα στρώμα διαμαντιού θα μπορούσε να έχει συμβάλει σε πολύ γρήγορη αφαίρεση θερμότητας, τερματίζοντας έτσι την κύρια ηφαιστειακή δραστηριότητα πολύ νωρίς.»
Ο Νασμπούρ δήλωσε ότι το επόμενο βήμα της ομάδας θα είναι να εξετάσει το θερμικό αποτέλεσμα ενός στρώματος διαμαντιού στη διαχωριστική γραμμή μανδύα/πυρήνα. Αυτή η μελέτη θα μπορούσε να υποστηριχτεί από δεδομένα μιας αποστολής που θα ακολουθήσει τα βήματα του MESSENGER.
"Ανυπομονούμε επίσης για τα πρώτα δεδομένα που θα συλλέξει το BepiColombo, ελπίζουμε το 2026, για να βελτιώσουμε την κατανόησή μας για την εσωτερική δομή και εξέλιξη του Ερμή", κατέληξε ο Νασμπούρ.
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications.