Dưới bề mặt sao Thủy là lớp kim cương dày 15km?

Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature Communications cho thấy sao Thủy có thể có một lớp kim cương dày 15km bên dưới bề mặt.

Ngoài nhiệt độ khắc nghiệt của hành tinh, kim cương nằm quá sâu – khoảng 485km dưới bề mặt – để có thể được khai thác – Ảnh: NASA

Phát hiện mới có thể giúp giải quyết những bí ẩn về thành phần và từ trường kỳ lạ trên hành tinh này.

Dưới bề mặt sao Thủy có gì?

Một trong những bí ẩn của sao Thủy là hành tinh này có từ trường. Mặc dù yếu hơn nhiều so với Trái đất nhưng sự tồn tại của từ trường trên sao Thủy gây bất ngờ vì hành tinh này rất nhỏ và dường như không hoạt động địa chất.

Sao Thủy cũng có những mảng bề mặt tối bất thường mà sứ mệnh Messenger của NASA đã xác định là than chì, một dạng của carbon. Đặc điểm này đã khơi dậy sự tò mò của Yanhao Lin – nhà khoa học tại Trung tâm High Pressure Science and Technology Advanced Research ở Bắc Kinh và là đồng tác giả nghiên cứu mới.

“Hàm lượng carbon cực kỳ cao của sao Thủy khiến tôi nhận ra rằng có lẽ có điều gì đó đặc biệt đã xảy ra bên trong hành tinh này”, ông nói.

Các nhà khoa học nghi ngờ rằng sao Thủy có lẽ đã hình thành theo cách giống các hành tinh đất đá khác: từ sự nguội đi của một đại dương magma nóng.

Trong trường hợp của sao Thủy, đại dương này có khả năng rất giàu carbon và silicate. Đầu tiên, kim loại đông lại bên trong đó, hình thành nên lõi trung tâm, trong khi phần magma còn lại kết tinh thành lớp vỏ giữa và lớp vỏ ngoài của hành tinh.

Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu nghĩ rằng nhiệt độ và áp suất của lớp vỏ chỉ đủ cao để carbon hình thành than chì, và vì nhẹ hơn lớp vỏ, nó nổi lên bề mặt.

Nhưng một nghiên cứu năm 2019 gợi ý rằng lớp vỏ của sao Thủy có thể sâu hơn 50km so với suy nghĩ trước đây. Điều này sẽ làm tăng đáng kể áp suất và nhiệt độ ở ranh giới giữa lõi và lớp vỏ, tạo điều kiện cho carbon kết tinh thành kim cương.

Lớp kim cương dày 15km

Để điều tra khả năng này, một nhóm các nhà nghiên cứu người Bỉ và Trung Quốc, bao gồm Yanhao Lin, đã tạo ra các hỗn hợp hóa học bao gồm sắt, silica và carbon. Những hỗn hợp này, có thành phần tương tự như một số loại thiên thạch, được cho là “bắt chước” đại dương magma của sao Thủy.

Các nhà nghiên cứu cũng thêm vào các hỗn hợp này một lượng lớn sắt sulfide khác nhau. Họ cho rằng đại dương magma chứa nhiều lưu huỳnh, vì bề mặt hiện tại của sao Thủy cũng giàu lưu huỳnh.

Bằng cách sử dụng máy ép, nhóm nghiên cứu đã làm cho hỗn hợp hóa học chịu áp suất nghiền lên tới 7 gigapascal – gấp khoảng 70.000 lần áp suất của bầu khí quyển Trái đất ở mực nước biển, và nhiệt độ lên tới 1.970 độ C. Những điều kiện khắc nghiệt này mô phỏng những điều kiện sâu bên trong sao Thủy.

Ngoài ra, họ sử dụng các mô hình máy tính để có được các phép đo chính xác hơn về áp suất và nhiệt độ ở ranh giới lõi – lớp vỏ của sao Thủy, bên cạnh việc mô phỏng các điều kiện vật lý ở đó mà than chì hoặc kim cương sẽ ổn định. Theo Lin, những mô hình máy tính như vậy cho chúng ta biết về cấu trúc cơ bản bên trong một hành tinh.

Các thí nghiệm cho thấy các khoáng chất như olivin có khả năng hình thành trong lớp vỏ. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện việc thêm lưu huỳnh vào hỗn hợp hóa học khiến nó chỉ đông đặc ở nhiệt độ cao hơn nhiều. Những điều kiện này thuận lợi hơn cho việc hình thành kim cương.

Các mô phỏng máy tính của nhóm nghiên cứu cho thấy trong những điều kiện sửa đổi này, kim cương có thể đã kết tinh khi lõi bên trong của sao Thủy đông đặc. Vì ít đậm đặc hơn lõi nên sau đó kim cương nổi lên đến ranh giới lõi – lớp vỏ. Các tính toán cũng cho rằng kim cương, nếu có, tạo thành một lớp dày trung bình khoảng 15km.