محققان: ممکن است عطارد دارای لایه زیرزمینی الماس باشد

طبق یک مطالعه جدید، لایه‌ای از الماس به ضخامت ۱۸ کیلومتر (۱۱ مایل) ممکن است در زیر سطح عطارد، کوچک‌ترین سیاره منظومه شمسی و نزدیک‌ترین سیاره به خورشید، پنهان باشد.

الماس ها ممکن است بلافاصله پس از ادغام عطارد به یک سیاره در حدود 4.5 میلیارد سال پیش شکل گرفته باشند. از یک ابر در حال چرخش غبار و گاز، در بوته یک محیط پرفشار و دمای بالا. در آن زمان، تصور می شد که این سیاره تازه تشکیل شده دارای پوسته گرافیتی است که بر فراز یک اقیانوس ماگمایی عمیق شناور است.

تیمی از محققان این محیط سوزان را در آزمایشی با ماشینی به نام سندان بازسازی کردند که معمولاً برای مطالعه رفتار مواد تحت فشار شدید و همچنین برای تولید الماس مصنوعی استفاده می شود.

برنارد چارلیه، رئیس دپارتمان تحقیقات، می‌گوید: «این یک پرس عظیم است که به ما امکان می‌دهد نمونه‌های کوچک را در معرض همان فشار و دمای بالایی قرار دهیم که در اعماق گوشته عطارد انتظار داریم، در مرز بین گوشته و هسته.» زمین شناسی در دانشگاه لیژ در بلژیک و با همکاری یک مطالعه، یافته ها را گزارش کرد.

این تیم ترکیبی مصنوعی از عناصر – از جمله سیلیکون، تیتانیوم، منیزیم و آلومینیوم – را در داخل یک کپسول گرافیتی قرار دادند که از ترکیب تئوری‌شده درونی عطارد در روزهای اولیه آن تقلید می‌کرد. سپس محققان کپسول را تحت فشارهایی نزدیک به 70000 برابر فشارهای روی سطح زمین و دمای تا 2000 درجه سانتیگراد (3630 درجه فارنهایت) قرار دادند که شرایطی را که احتمالاً میلیاردها سال پیش در نزدیکی هسته عطارد وجود داشت تکرار می کند.

پس از ذوب نمونه، دانشمندان تغییرات شیمی و مواد معدنی را زیر میکروسکوپ الکترونی بررسی کردند و متوجه شدند که گرافیت به کریستال های الماس تبدیل شده است.

به گفته محققان، این مکانیسم نه تنها می تواند بینش بیشتری را در مورد اسرار پنهان در زیر سطح عطارد، بلکه در مورد تکامل سیاره ای و ساختار داخلی سیارات فراخورشیدی با ویژگی های مشابه به ما بدهد.

عطارد مرموز

عطارد دومین سیاره چگال بعد از زمین است. یک هسته فلزی بزرگ 85 درصد از شعاع عطارد را اشغال می کند و همچنین کمترین مورد مطالعه سیارات زمینی منظومه شمسی است. آخرین ماموریت تکمیل شده به عطارد، پیام رسان ناسا، بین مارس 2011 و آوریل 2015 به دور این سیاره چرخید. همچنین به عنوان ماموریت سطح عطارد، محیط فضایی، ژئوشیمی و محدوده شناخته می شود، داده هایی را در مورد زمین شناسی، شیمی و میدان مغناطیسی سیاره جمع آوری کرد. سوخت فضاپیما تمام شد و به سطح برخورد کرد.

یانهائو لین، دانشمند مرکز علوم و فناوری پیشرفته گفت: ما می دانیم که کربن زیادی به شکل گرافیت در سطح عطارد وجود دارد، اما تحقیقات بسیار کمی در مورد درون سیاره وجود دارد. تحقیقات فشار بالا در پکن و یکی از نویسندگان این مطالعه که در ماه ژوئن در مجله Nature Communications منتشر شد.

چارلیه گفت: «در مقایسه با ماه یا مریخ، ما اطلاعات کمی در مورد عطارد داریم، همچنین به این دلیل که هیچ نمونه‌ای از سطح سیاره نداریم. او افزود که عطارد با سایر سیارات زمینی متفاوت است، زیرا به خورشید بسیار نزدیک است و بنابراین اکسیژن بسیار کمی دارد که بر ترکیب شیمیایی آن تأثیر می گذارد.

یکی از اکتشافات مسنجر این واقعیت است که عطارد غنی از کربن است و سطح آن به دلیل وجود گسترده گرافیت که نوعی کربن است خاکستری است. الماس ها نیز از کربن خالص ساخته شده در شرایط خاص فشار و دما ساخته شده اند. محققان می خواستند ببینند که آیا این فرآیند ممکن است در طول شکل گیری سیاره ایجاد شده باشد یا خیر.

زمانی که لین، چارلیه و همکارانشان آزمایشی را برای تقلید از درون عطارد کمی پس از شکل گیری سیاره آماده می کردند، یک عنصر حیاتی این بود که گوگرد در عطارد نیز وجود دارد، همانطور که شواهدی از مطالعات قبلی نشان داده بود. شارلیر گفت: «ما دریافتیم که شرایط با زمین متفاوت است، زیرا عطارد دارای گوگرد زیادی است که نقطه ذوب نمونه ما را کاهش می دهد.

در مقایسه با یک سیستم بدون گوگرد، در دمای پایین‌تر کاملا ذوب می‌شود، که برای پایداری الماس خوب است، زیرا الماس فشار زیاد اما دمای پایین‌تر را دوست دارد. و این اساساً همان چیزی است که آزمایش‌های ما به ما می‌گویند – اقیانوس ماگمایی عطارد خنک‌تر از حد انتظار است. و همچنین عمیق‌تر، همانطور که از تفسیر مجدد اندازه‌گیری‌های ژئوفیزیک می‌دانیم.» او با استناد به داده‌های MESSENGER افزود.

این دو عامل، بر اساس این مطالعه، تشکیل الماس را ممکن می‌سازد.

الماس روی سطح؟

چارلیه هشدار می دهد که ضخامت لایه الماس، بین 15 تا 18 کیلومتر (9.3 و 11.1 مایل)، تنها یک تخمین است و می تواند تغییر کند زیرا فرآیند تشکیل الماس هنوز ادامه دارد، زیرا هسته عطارد همچنان به سرد شدن ادامه می دهد.

همچنین نمی توان گفت که الماس های فردی چقدر می توانند بزرگ باشند. ما هیچ ایده ای از اندازه آنها نداریم، اما الماس فقط از کربن ساخته شده است، بنابراین آنها باید شبیه آنچه ما در زمین در مورد ترکیب آنها می دانیم باشد. آنها مانند الماس های تمیز به نظر می رسند.

آیا می توان الماس را هرگز استخراج کرد؟ به گفته Charlier، این امر حتی با فناوری‌های پیشرفته‌تر آینده غیرممکن خواهد بود، زیرا آنها در عمق حدود 500 کیلومتری (310 مایلی) قرار دارند. با این حال، برخی از گدازه ها در سطح عطارد از ذوب گوشته بسیار عمیق تشکیل شده اند. منطقی است که در نظر بگیریم که این فرآیند می‌تواند بر اساس آنچه روی زمین اتفاق می‌افتد، مقداری الماس را به سطح زمین بیاورد.»

چارلیه توضیح داد که این فرآیند تشکیل الماس ممکن است در برخی از سیارات فراخورشیدی که در کهکشان خود پیدا می کنیم اتفاق بیفتد، اگر شیمی آنها نیز مانند عطارد کم اکسیژن باشد. او گفت: “اگر یک سیاره فراخورشیدی کوچکتر از عطارد باشد، مرز بین هسته و گوشته بسیار کم عمق و فشار بسیار کم خواهد بود و از تشکیل الماس جلوگیری می کند.” اما اندازه بین عطارد و زمین، همراه با محتوای کم اکسیژن، شرایط مطلوبی برای تولید الماس است.

دانشمندان ممکن است به زودی بیشتر بدانند. ماموریتی به نام BepiColombo – متشکل از دو فضاپیما که در اکتبر 2018 به فضا پرتاب شد – انتظار می‌رود پس از انجام یک سری پرواز در دسامبر 2025 در مدار عطارد قرار گیرد. این ماموریت که توسط آژانس فضایی اروپا و آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن هدایت می‌شود، سیاره را از مدار کاوش می‌کند و اطلاعات بیشتری در مورد فضای داخلی و ویژگی‌های آن نشان می‌دهد.

نام این همکاری از دانشمند ایتالیایی جوزپه “بپی” کلمبو گرفته شده است که مانور “دستیار گرانشی” را اختراع کرد که معمولاً برای ارسال کاوشگرها به سیارات دیگر استفاده می شود.

چارلیه گفت: «BepiColombo در نهایت می‌تواند کربن روی سطح را شناسایی و کمیت کند، اما همچنین می‌تواند الماس روی سطح یا گرافیت بیشتری وجود داشته باشد. این کار با MESSENGER امکان‌پذیر نبود و اندازه‌گیری‌ها نیز دقیق‌تر خواهند بود و تخمین بهتری از عمق مرز هسته و گوشته به ما می‌دهند. ما دوباره می توانیم فرضیه خود را آزمایش کنیم.

یک گام مهم رو به جلو

شان سولومون، محقق اصلی ماموریت MESSENGER ناسا به عطارد و دستیار دانشمند ارشد در دانشگاه کلمبیا در نیویورک، گفت که این یک “ایده جالب” است اما برای ماموریت های آینده به عطارد چالشی برای تایید آن خواهد بود. او در ایمیلی گفت: “هر لایه الماسی عمیق و نسبتاً نازک است.” سولومون در این مطالعه شرکت نداشت.

سولومون گفت: “امیدبخش ترین تکنیک احتمالا لرزه شناسی است، زیرا سرعت امواج لرزه ای در الماس بسیار بیشتر از سنگ های گوشته یا مواد هسته است، اما اندازه گیری های لرزه ای به یک یا چند مدول فرود طولانی مدت در سطح عطارد نیاز دارد.” BepiColombo، تنها ماموریتی که در حال حاضر برای رسیدن به عطارد برنامه ریزی شده بود، در ابتدا دارای یک فرودگر بود، اما به دلیل محدودیت بودجه متوقف شد.

فیلیپه گونزالس، فیزیکدان نظری در گروه زمین و علوم سیاره ای در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، که او نیز در این کار دخالتی نداشت، گفت که این مطالعه نشان دهنده گام مهمی به جلو در درک ما از فضای داخلی سیاره ها و چگونگی شکل گیری آنها است. تکامل یابد. او همچنین معتقد است که تحقیقات میان رشته ای مانند این کلید مقابله با مشکلات پیچیده ای است که امروزه در علم با آن روبرو هستیم.

گونزالس افزود، مکانیسم پیشنهادی که توسط آن این لایه الماس تشکیل می‌شود، قابل قبول است، اما همچنان تا حد زیادی به فرضیات ما در مورد فضای داخلی عطارد بستگی دارد. او از طریق ایمیل گفت: «اگرچه محدودیت‌های بسیار خوبی در طول سال‌ها اعمال شده‌اند، همانطور که ما این سیاره را عمیق‌تر مطالعه می‌کنیم، تنها می‌توانیم ترکیب آن را در مدل‌ها و آزمایش‌های خود از طریق اندازه‌گیری‌های غیرمستقیم تقریبی کنیم.

گونزالس گفت: “با این حال این مطالعه هنوز بهترین کاری را که می توانیم با آنچه در حال حاضر داریم انجام دهیم، نشان می دهد.” فقط ماموریت های آینده به سیاره عطارد نشان می دهد که آیا این پیش بینی ها درست بوده اند یا خیر. در حال حاضر، می‌توانیم با انجام شبیه‌سازی‌ها و آزمایش‌های بیشتر و بهتر در آزمایشگاه‌هایمان، بر بهبود درک خود از مواد در این شرایط شدید تمرکز کنیم.»