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.
Video đang HOT
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.
"Hành tinh kim cương" lộ diện ngay trong hệ Mặt Trời
Tín hiệu cực sốc về một lớp kim cương dày tới 15 km đã được các nhà khoa học xác định từ một hành tinh rất gần Trái Đất.
Nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí khoa học Nature Communications cho thấy một lớp kim cương dày tới 15 km ẩn trong Sao Thủy có thể giúp giải quyết những bí ẩn về thành phần và từ trường đặc biệt của hành tinh này.
Hành tinh gần Mặt Trời nhất có thể trông như một khối kim cương khổng lồ nếu các lớp bên ngoài được làm cho trong suốt - Ảnh AI: Anh Thư
Theo Live Science, Sao Thủy từ lâu đã gây bối rối vì có từ trường.
Mặc dù yếu hơn nhiều so với từ trường Trái Đất nhưng từ trường của Sao Thủy lại quá bất thường vì hành tinh này rất nhỏ và dường như không hoạt động về mặt địa chất. Chính hoạt động cuồng nộ sâu bên trong lòng Trái Đất giúp thế giới của chúng ta có từ quyển.
Sao Thủy cũng có những mảng bề mặt tối bất thường mà sứ mệnh Messenger của NASA xác định là một dạng carbon, có thể là than chì.
Bất chấp những điều kỳ lạ của Sao Thủy, các nhà khoa học nghi ngờ rằng nó có thể hình thành cùng kiểu với các hành tinh đá khác: Từ sự nguội đi của một đại dương magma nóng.
Trong trường hợp của Sao Thủy, đại dương này có thể giàu carbon và silicat.
Đầu tiên, kim loại đông tụ bên trong nó, tạo thành lõi trung tâm, trong khi magma còn lại kết tinh thành lớp phủ nằm chính giữa và lớp vỏ ngoài của hành tinh.
Trước đây các nhà nghiên cứu cho rằng nhiệt độ và áp suất của lớp phủ Sao Thủy chỉ đủ cao để carbon hình thành than chì, vốn nhẹ hơn nên nổi lên bề mặt và tạo ra các mảng tối.
Tuy vậy, một số bằng chứng sau đó cho thấy lớp phủ của Sao Thủy có thể sâu hơn hàng chục km. Điều đó sẽ làm tăng đáng kể áp suất và nhiệt độ tại ranh giới giữa lõi và lớp phủ và giúp hình thành kim cương.
Trong nghiên cứu mới, một nhóm nhà khoa học từ Bỉ và Trung Quốc đã tạo ra các mô phỏng đại dương magma của Sao Thủy "sơ sinh", chứa đầy sắt, silica và carbon, với các tỉ lệ khác nhau.
Họ cũng làm ngập các hỗn hợp này bằng nhiều lượng sắt sunfua khác nhau, vì Sao Thủy đã được biết là giàu lưu huỳnh.
Sau đó, họ tạo ra áp suất gấp khoảng 70.000 lần áp suất khí quyển của Trái Đất ở mực nước biển và nhiệt độ lên tới 1.970 độ C, kết hợp các mô hình máy tính, mô phỏng các điều kiện vật lý mà than chì hoặc kim cương sẽ ổn định....
Các thí nghiệm cho thấy các khoáng chất như olivin - khoáng vật gồm sắt, magie và silicat -có khả năng hình thành trong lớp phủ, điều từng được nghi ngờ trước đây.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng việc thêm lưu huỳnh vào hỗn hợp hóa học khiến nó chỉ đông cứng ở nhiệt độ cao hơn nhiều, thuận lợi hơn cho việc hình thành kim cương.
Kim cương này có thể đã kết tinh khi lõi bên trong của Sao Thủy đông cứng. Vì nó ít đặc hơn lõi, nên sau đó nó nổi lên ranh giới lõi - lớp phủ, tạo nên một lớp rắn chắc dày tới 15 km.
Cấu trúc bên trong Sao Thủy lúc sơ sinh (trái) và ngày nay, với một lớp kim cương tồn tại ở vùng dưới cùng của lớp phủ - Ảnh: Yanhao Lin/Bernard Charlie
Theo nhà nghiên cứu Yanhao Lin đến từ Trung tâm Nghiên cứu khoa học và công nghệ áp suất cao tiên tiến ở Bắc Kinh, kim cương có thể giúp truyền nhiệt giữa lõi và lớp phủ, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ và khiến sắt lỏng xoáy bên trong lõi, do đó tạo ra từ trường.
Tất nhiên, con người không thể mơ tưởng việc khai thác số kim cương này, bởi chúng nằm sâu tận 485 km dưới bề mặt hành tinh. Thế nhưng, đó vẫn là báu vật đối với các nhà khoa học, bởi cung cấp thêm góc nhìn mới về cách mà một hành tinh có thể hình thành.
Các nhà khoa học Trung Quốc: Sao Thủy bí ẩn có thể chứa nhiều kim cương Theo một nghiên cứu từ Đại học Trung Sơn ở thành phố Chu Hải (miền nam Trung Quốc), sao Thủy có thể đang che giấu một bí mật lấp lánh đằng sau màu tối bất thường của nó. Các nhà khoa học thuộc Đại học Trung Sơn cho biết những quan sát và mô hình hóa của họ cho thấy hàm lượng than...