作為太陽(yáng)系中距離太陽(yáng)最近的行星，水星表面所受到太陽(yáng)輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)超地球，以至于其向陽(yáng)面的表面溫度可以高達(dá)428℃，而由于水星是以一種“3:2軌道共振”的穩(wěn)定模式圍繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，它每自轉(zhuǎn)3圈，就剛好圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)2圈，因此在水星表面并不存在永久的向陽(yáng)面和背陽(yáng)面，隨著時(shí)間的推移，兩者之間也會(huì)不斷地轉(zhuǎn)換。

這樣的情況很容易讓人認(rèn)為，在太陽(yáng)的炙烤下，水星表面即使曾經(jīng)存在過(guò)水，也早就已經(jīng)被蒸發(fā)得一干二凈了，但實(shí)際情況卻并非如此，因?yàn)樵谒堑膬蓸O區(qū)域，其實(shí)存在著大量的水冰。

早在上個(gè)世紀(jì)，科學(xué)家就推測(cè)，水星的自轉(zhuǎn)軸幾乎完全垂直于其圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道所在的平面，這就會(huì)造成在水星兩極的隕石坑中，存在著陽(yáng)光始終無(wú)法照射得到的永久陰影區(qū)，那里的溫度也一直保持在極低的水平，理論上可低至零下170攝氏度左右，在這樣的環(huán)境下，水就能水冰的形式穩(wěn)定保存下來(lái)。

這一推測(cè)最終得到了“信使號(hào)”（Messenger）的證實(shí)，簡(jiǎn)單來(lái)講，“信使號(hào)”是NASA發(fā)射的一個(gè)水星探測(cè)器，該探測(cè)器于2011年進(jìn)入環(huán)繞水星的軌道，隨后展開(kāi)對(duì)水星的探測(cè)工作，也正是通過(guò)它傳回的探測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)家確定了水星兩極至少存在著上億噸的水冰。

“信使號(hào)”于2015年以撞擊水星的方式結(jié)束了其探測(cè)使命，在幾年的時(shí)間里，它傳回了大量的探測(cè)數(shù)據(jù)，直到現(xiàn)在，科學(xué)家仍然在對(duì)其進(jìn)行研究。

根據(jù)近日發(fā)表在《自然·通訊》的一項(xiàng)研究，一組來(lái)自北京高壓科學(xué)研究中心的中國(guó)科學(xué)家在對(duì)“信使號(hào)”探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究之后發(fā)現(xiàn)，水星內(nèi)部存在著一層鉆石，估計(jì)其厚度大約有16公里，也就是說(shuō)，水星上不但有水，還有厚達(dá)16公里的鉆石層，這是怎么回事呢？我們接著看。

（想象圖）

根據(jù)行星演化模型，水星在形成之初是一顆熾熱的熔融態(tài)星球，當(dāng)水星逐漸冷卻時(shí)，由于重力分異的作用，較重的物質(zhì)不斷“下沉”，較輕的物質(zhì)則持續(xù)“上浮”，并最終形成了水星的地核、地幔和地殼。

在此次研究中，科學(xué)家對(duì)“信使號(hào)”傳回的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了仔細(xì)分析，然后注意到水星表面存在著很多的“黑暗斑塊”，其反射率遠(yuǎn)低于其他部分，隨后科學(xué)家利用基于多光譜成像設(shè)備和X射線(xiàn)光譜儀的數(shù)據(jù)，對(duì)這些區(qū)域中的化學(xué)成分進(jìn)行了精確分析，確認(rèn)了這些“黑暗斑塊”的主要物質(zhì)，其實(shí)是由碳元素構(gòu)成的石墨。

科學(xué)家據(jù)此認(rèn)為，水星表面的石墨的形成機(jī)制應(yīng)該是：水星在其形成初期擁有大量的碳元素，以至于其內(nèi)部熔融狀態(tài)物質(zhì)中的碳元素含量已達(dá)到飽和，也正因?yàn)槿绱?，在水星逐漸冷卻的過(guò)程中，一部分碳元素逐漸上浮到水星地表，隨著水星的冷卻，這些碳元素最終形成了石墨，并覆蓋在行星表面的一部分區(qū)域。

通過(guò)深入研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水星的地幔比我們之前認(rèn)為的還要深約80公里，這意味著在靠近水星核心的地幔邊界處的溫度和壓力比之前認(rèn)為的更高，從理論上來(lái)講，足以將那里的碳元素就會(huì)轉(zhuǎn)化為鉆石。

為了驗(yàn)證這一理論，科學(xué)家模擬了水星早期的高溫高壓環(huán)境，他們利用鐵、硅和碳等元素“調(diào)配”出類(lèi)似于水星形成之初的化學(xué)混合物，并在實(shí)驗(yàn)中引入了大量硫元素（這是因?yàn)樗潜砻娓缓颍@表明了其內(nèi)部也會(huì)含有更多的硫）。

在此之后，科學(xué)家通過(guò)多面砧壓機(jī)設(shè)備，將這些化學(xué)混合物置于極端條件下，施加了高達(dá)7Gpa（大概相當(dāng)于地球海平面大氣壓的7萬(wàn)倍）的壓力，同時(shí)將其加熱至1970攝氏度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在這種環(huán)境下，碳元素確實(shí)能夠形成鉆石。

而計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)一步揭示了，在水星的核心和地幔交界處，鉆石很可能在核心固化時(shí)開(kāi)始形成，并在密度較小的情況下上浮到地幔邊界處，進(jìn)而在那里形成一個(gè)鉆石層，根據(jù)科學(xué)家的估算，其厚度大約有16公里，但“藏”得很深，其所在區(qū)域位于水星表面之下大約485公里。

而這也就意味著，盡管我們知道這個(gè)鉆石層的存在，但由于科技水平的限制，在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，我們都無(wú)法去對(duì)其進(jìn)行開(kāi)采……

參考資料：Yongjiang Xu, Yanhao Lin et al,  A diamond-bearing core-mantle boundary on Mercury，Nature Communications volume 15, Article number: 5061 (2024)