太阳系最小的行星可能隐藏着一个大秘密。利用NASA的MESSENGER探测器的数据，科学家们确定水星的地壳下有一层10英里厚的钻石层。 水星长期以来让科学家感到困惑，因为它拥有许多其他太阳系行星所没有的特性。 这些特性包括其非常暗的表面、异常密集的核心以及水星火山时代的过早结束。此外，水星表面上还有石墨斑块，这是一种碳的同素异形体。这些斑块使科学家们提出，在水星的早期历史中，这颗小行星有一个富含碳的岩浆海洋。 这个岩浆海洋会浮到表面，形成石墨斑块和水星表面的暗色调。 同样的过程也会导致在表面下形成富含碳的地幔。研究团队认为，这层地幔不是之前怀疑的石墨，而是由另一种更珍贵的碳同素异形体，钻石组成的。 研究团队成员、鲁汶大学副教授奥利维尔·纳穆尔（Olivier Namur）告诉Space.com，“我们计算得出，考虑到地幔-核心边界的压力新估计，并且知道水星是一个富含碳的行星，在地幔和核心交界处形成的碳矿物是钻石而不是石墨。我们的研究使用了NASA MESSENGER探测器收集的地球物理数据。” MESSENGER（Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging）探测器于2004年8月发射，成为第一个绕水星轨道运行的探测器。该任务于2015年结束，绘制了整个小行星，发现极地阴影中的大量水冰，并收集了关于水星地质和磁场的关键数据。 这项新研究还与几年前的一大惊喜有关，当时科学家重新评估了水星的质量分布，发现这颗小行星的地幔比之前认为的要厚。 纳穆尔说，“我们直接想到，这必然对水星上碳的物种分布（元素或同素异形体在化学物种中的分布），即钻石与石墨，有重大影响”。 研究团队在地球上使用大容量压力机模拟水星内部的压力和温度。他们对一种合成硅酸盐施加了超过7千兆帕的巨大压力，将其作为水星地幔中物质的代理，达到2177摄氏度的温度。 这使他们能够研究像水星早期存在的那些矿物在这些条件下如何变化。他们还使用计算机建模评估了水星内部的数据，这为他们提供了水星钻石地幔如何形成的线索。 纳穆尔解释道，“我们认为钻石可能是通过两种过程形成的。首先是岩浆海洋的结晶，但这个过程可能仅贡献了在核心/地幔界面形成非常薄的钻石层。其次，也是最重要的，是水星金属核心的结晶。” 纳穆尔说，大约45亿年前水星形成时，这颗行星的核心完全是液态的，随着时间的推移逐渐结晶。内核中形成的固相的确切性质目前尚不清楚，但研究团队认为这些相必须是低碳或“碳贫”的。 他继续说道，“在结晶之前，液态核心含有一些碳；因此，结晶会导致残余熔体中的碳富集。在某个时候，达到溶解度阈值，意味着液体不能再溶解更多碳，于是形成了钻石。” 钻石是一种密度较大的矿物，但不如金属密度大，这意味着在这个过程中，它会浮到核心顶部，停留在水星的核心和地幔边界。这将导致形成一个约1公里）厚的钻石层，随着时间的推移继续生长。 这一发现突显了水星与太阳系其他岩石行星（金星，地球和火星）形成过程的差异。 纳穆尔补充道，水星形成于更靠近太阳的地方，可能来自富含碳的尘埃云。结果，水星比其他行星含氧量更少，含碳量更多，这导致了钻石层的形成。然而，地球的核心也含有碳，并且已有研究人员提出地球核心中可能形成钻石。” 研究人员希望这一发现有助于揭示围绕这颗太阳系最小行星的一些其他谜团，包括为何其火山活动阶段在大约35亿年前就结束了。 纳穆尔说，“我对水星演化的一个主要问题是为什么其主要火山活动阶段只持续了几亿年，远短于其他岩石行星。这一定意味着这颗行星冷却得非常快。这部分与行星的小尺寸有关，但我们现在正在与物理学家合作，试图了解钻石层是否有助于非常快地散热，从而很早就终止了主要的火山活动。” 纳穆尔说，研究团队的下一步将是研究地幔/核心边界处钻石层的热效应。这项研究可能会得到继MESSENGER之后的任务的数据支持。 纳穆尔总结道，我们也急切地等待BepiColombo在2026年收集的第一批数据，以完善我们对水星内部结构和演化的理解。 研究团队的研究结果已发表在《自然通讯》杂志上。 #寻找热爱表达的你#