Sloj dijamanata debljine do 18 kilometara mogao bi se nalaziti ispod površine Merkura, najmanjeg planeta Sunčevog sistema i najbližeg suncu, prema novom istraživanju.
Dijamanti su možda nastali ubrzo nakon što se sam Merkur spojio u planet prije otprilike 4,5 milijardi godina iz uskovitlanog oblaka prašine i plina, u lončiću okruženja visokog pritiska i visoke temperature. Vjeruje se da je u to vrijeme novonastali planet imao grafitnu koru koja je plutala iznad dubokog oceana magme.
Tim istraživača rekreirao je to goruće okruženje u eksperimentu, sa strojem koji se zove anvil press i koji se inače koristi za proučavanje ponašanja materijala pod ekstremnim pritiskom, ali i za proizvodnju sintetičkih dijamanata.
"To je golema preša koja nam omogućuje izlaganje sićušnih uzoraka istom visokom tlaku i visokoj temperaturi koju bismo očekivali duboko u plaštu Merkura, na granici između plašta i jezgre", rekao je Bernard Charlier, voditelj Odsjek za geologiju na Sveučilištu Liège u Belgiji i koautor studije koja izvještava o nalazima.
Tim je umetnuo sintetičku mješavinu elemenata - uključujući silicij, titan, magnezij i aluminij - unutar grafitne kapsule, oponašajući teoretizirani sastav unutrašnjosti Merkura u njegovim ranim danima. Istraživači su zatim podvrgnuli kapsulu pritiscima gotovo 70.000 puta većim od onih koji se nalaze na Zemljinoj površini i temperaturama do 2.000 stupnjeva Celzijevih, replicirajući uvjete koji su se vjerovatno nalazili u blizini Merkurove jezgre prije nekoliko milijardi godina.
Nakon što se uzorak otopio, naučnici su promatrali promjene u kemiji i mineralima pod elektronskim mikroskopom i primijetili da se grafit pretvorio u kristale dijamanta.
Ovaj mehanizam, kažu istraživači, ne samo da nam može dati bolji uvid u tajne skrivene ispod Merkurove površine, već iu planetarnu evoluciju i unutarnju strukturu egzoplaneta sa sličnim karakteristikama.
Tajanstveni Merkur
Merkur je drugi najgušći planet nakon Zemlje. Velika metalna jezgra zauzima 85% Merkurovog polumjera, a ujedno je i najmanje istražen od zemaljskih planeta Sunčevog sustava. Posljednja dovršena misija na Merkur, NASA-in MESSENGER, kružila je oko planeta između marta 2011. i aprila 2015. Također poznata kao misija Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging, prikupila je podatke o geologiji, kemiji i magnetskom polju planeta prije nego što je letjelica je ostala bez goriva i udarila je u površinu.
"Znamo da ima puno ugljika u obliku grafita na površini Merkura, ali postoji vrlo malo studija o unutrašnjosti planeta", rekao je Yanhao Lin, znanstveni djelatnik Centra za naprednu nauku i tehnologiju visokog pritiska Istraživanje u Pekingu i koautor studije koja se pojavila u lipnju u časopisu Nature Communications.
"U usporedbi s Mjesecom ili Marsom, znamo vrlo malo o Merkuru, također zato što nemamo nikakve uzorke s površine planeta", rekao je Charlier. Merkur se razlikuje od svih drugih zemaljskih planeta, dodao je, jer je tako blizu sunca i stoga ima vrlo nisku količinu kisika, što utječe na njegovu kemiju.
Jedno od otkrića MESSENGER-a bila je činjenica da je Merkur bogat ugljikom i da je njegova površina siva zbog široko rasprostranjene prisutnosti grafita, koji je oblik ugljika. Dijamanti su također izrađeni od čistog ugljika, nastalog pod određenim tlakom i temperaturnim uvjetima. Istraživači su htjeli vidjeti je li se ovaj proces mogao odvijati tokom formiranja planeta.
Kad su Lin, Charlier i njihovi kolege pripremali eksperiment oponašanja unutrašnjosti Merkura nedugo nakon formiranja planeta, jedan ključni element bilo je saznanje da je sumpor također prisutan na Merkuru, kao što su pokazali dokazi iz prethodnih studija. "Otkrili smo da su uvjeti drugačiji od onih na Zemlji jer na Merkuru ima puno sumpora, što je smanjilo talište našeg uzorka", rekao je Charlier.
“Potpuno se otopio na nižoj temperaturi u usporedbi sa sustavom bez sumpora, što je dobro za stabilnost dijamanta, jer dijamant voli visoki tlak, ali nižu temperaturu. I to je uglavnom ono što nam govore naši eksperimenti — ocean magme Merkura je hladniji od očekivanog, a također i dublji kao što znamo iz reinterpretacije geofizičkih mjerenja,” dodao je, pozivajući se i na podatke iz MESSENGER-a.
Ta su dva čimbenika, prema studiji, ono što omogućuje stvaranje dijamanata.
Dijamanti na površini?
Charlier upozorava da je debljina dijamantnog sloja, između 15 i 18 kilometara, samo procjena i da bi se mogla promijeniti jer je proces formiranja dijamanata još uvijek u toku dok se jezgra Merkura nastavlja hladiti .
Također je nemoguće reći koliko veliki pojedinačni dijamanti mogu biti. “Nemamo pojma o njihovoj veličini, ali dijamant je napravljen samo od ugljika, tako da bi trebali biti slični onome što znamo na Zemlji po svom sastavu. Izgledali bi poput čistih dijamanata”, rekao je.
Bi li se dijamanti ikada mogli iskopati? Prema Charlieru, to bi bilo nemoguće čak i s budućim, naprednijim tehnologijama, jer se nalaze na dubini od oko 500 kilometara. “Međutim, neke lave na površini Merkura nastale su topljenjem vrlo dubokog plašta. Razumno je smatrati da ovaj proces može iznijeti neke dijamante na površinu, analogno onome što se događa na Zemlji”, rekao je.
Ovaj proces formiranja dijamanata možda se događa na nekim egzoplanetima koje otkrivamo u našoj galaksiji, objasnio je Charlier, ako je njihova kemija također siromašna kisikom poput Merkura. "Ako je egzoplanet manji od Merkura, granica jezgre i plašta bila bi preplitka, a pritisak bi bio prenizak, sprječavajući stvaranje dijamanata", rekao je. "Ali veličina između Merkura i Zemlje, u kombinaciji s niskom količinom kisika, povoljni su uvjeti za dobivanje dijamanata."
Naučnici bi uskoro mogli znati više. Očekuje se da će misija pod nazivom BepiColombo — sastavljena od dvije svemirske letjelice lansirane u oktobru 2018. — provesti ubacivanje u Merkurovu orbitu u decembru 2025. nakon niza preleta. Misija, koju vode Europska svemirska agencija i Japanska agencija za istraživanje svemira, proučavat će planet iz orbite i otkriti mnogo više o njegovoj unutrašnjosti i karakteristikama.
Saradnja je nazvana po italijanskom naučniku Giuseppeu "Bepi" Colombu, koji je izumio manevar "pomoć gravitacije" koji se rutinski koristi za slanje sondi na druge planete.
"BepiColombo možda može identificirati i kvantificirati ugljik na površini, ali i ima li dijamanta na površini ili više grafita", rekao je Charlier. “Ovo nije bilo moguće s MESSENGER-om, a mjerenja će također biti preciznija, dajući nam bolje procjene dubine granice jezgre i plašta. Moći ćemo ponovno testirati našu hipotezu.”
Važan korak naprijed
Sean Solomon, glavni istraživač NASA-ine misije MESSENGER na Merkur i pomoćni viši znanstveni znanstvenik na Sveučilištu Columbia u New Yorku, rekao je da predstavlja "zanimljivu ideju", ali da će biti izazov za buduće misije na Merkur da to potvrdim. "Svaki takav dijamantni sloj je dubok i relativno tanak", rekao je u e-poruci. Solomon nije bio uključen u studiju.
"Tehnika koja najviše obećava vjerojatno je seizmologija, jer su brzine seizmičkih valova u dijamantu puno veće od onih u stijenama plašta ili materijalu jezgre, ali bi seizmička mjerenja zahtijevala jedno ili više dugovječnih lendera na površini Merkura", rekao je Solomon. BepiColombo, jedina misija koja je trenutno planirana za dosezanje Merkura, izvorno je imala lender, ali je smanjen zbog proračunskih ograničenja.
Felipe González, teorijski fizičar na Odsjeku za Zemlju i planetarne znanosti Sveučilišta Kalifornije, Berkeley, koji također nije bio uključen u rad, rekao je da studija predstavlja važan korak naprijed u našem razumijevanju unutrašnjosti planeta i kako se formiraju i razvijati se. Također vjeruje da interdisciplinarne studije poput ove drže ključ za rješavanje složenih problema s kojima se danas suočavamo u znanosti.
Predloženi mehanizam kojim se formira ovaj dijamantni sloj je vjerovatan, dodao je González, ali još uvijek uvelike ovisi o našim pretpostavkama o unutrašnjosti Merkura. "Iako su tijekom godina postavljena vrlo dobra ograničenja dok dublje proučavamo ovaj planet, njegov sastav možemo samo približno odrediti u našim modelima i eksperimentima iz neizravnih mjerenja", rekao je putem e-pošte.
"Ipak, ova studija još uvijek predstavlja najbolje što možemo učiniti s onim što trenutno imamo", rekao je González. “Samo će buduće misije na planet Merkur pokazati jesu li ta predviđanja bila točna. Za sada se možemo usredotočiti na poboljšanje našeg razumijevanja materijala u ovim ekstremnim uvjetima izvođenjem više i boljih simulacija i eksperimenata u našim laboratorijima.”
