根据一项新研究，水星——太阳系最小且离太阳最近的行星——表面下可能隐藏着一层厚达18公里的钻石。这些钻石大约在45亿年前形成，当时水星在高压、高温环境中从旋转的尘埃和气体云中形成。研究人员在实验中重现了这种极端环境，使用了砧压机——一种用于高压下材料行为研究和合成钻石的设备。
“这是一个巨大的压力机，可以在模拟水星地幔深处的极高压力和温度下处理微小样本，”比利时里昂热大学地质系主任、该研究合著者伯纳德·夏里尔（Bernard Charlier）说。研究小组将硅、钛、镁和铝等元素的合成混合物放入石墨胶囊中，以模拟早期水星的内部组成。胶囊在比地球表面高近7万倍的压力和高达2000摄氏度的温度下处理，复制了数十亿年前水星核心附近的条件。样品熔化后，科学家们在电子显微镜下观察到石墨转变为钻石晶体。这一发现不仅揭示了水星表面下的秘密，还对理解行星演化及类似系外行星的内部结构提供了新见解。
神秘的水星
水星是仅次于地球的第二密集行星，其巨大的金属核心占据了水星半径的85%。然而，水星也是太阳系中探索最少的类地行星。美国宇航局的信使号（MESSENGER）任务在2011年3月至2015年4月期间绕水星运行，收集了有关水星地质、化学和磁场的重要数据。北京高压科学与技术先进研究中心的林彦浩表示：“我们知道水星表面有大量石墨，但对水星内部的了解仍然有限。”该研究于6月发表在《自然通讯》杂志上。夏里尔指出：“我们对水星的了解远不如月球或火星，部分原因是缺乏来自水星的样本。”水星靠近太阳，氧气含量极低，这影响了其化学性质。
信使号发现水星富含碳，表面因石墨而呈灰色。钻石由纯碳构成，在特定压力和温度条件下形成。研究人员想知道这种过程是否发生在水星形成初期。他们在实验中发现，水星上存在大量硫，降低了样本的熔点，有利于钻石的稳定性，因为钻石在高压低温下更稳定。实验表明，水星的岩浆海洋比预期更冷且更深，这使得钻石的形成成为可能。
钻石在表面？
夏里尔警告说，钻石层的厚度在15至18公里之间只是一个估计，实际情况可能会有所变化，因为水星的核心仍在冷却，钻石形成的过程也在继续。至于单个钻石的大小，目前无法确定。“我们不知道钻石的具体大小，但它们都是由碳组成的，因此它们的成分应与地球上的钻石相似，看起来应该像纯钻石，”他说。
这些钻石是否能被开采？即使未来技术更先进，夏里尔认为也不可能，因为它们位于约500公里深的地方。然而，水星表面的部分熔岩可能是由深层岩浆形成的，类似的过程在地球上也会将钻石带到表面，“因此，这些钻石有可能在水星表面出现。”
夏里尔还提到，这种钻石形成过程可能发生在其他银河系中的系外行星上，特别是那些氧含量低的行星。“如果系外行星比水星还小，它们的核心-地幔边界可能太浅，压力不足以形成钻石，”他说。“但如果行星的大小介于水星和地球之间，且氧含量较低，就有可能形成钻石。”
科学家们可能很快会获得更多信息。2018年10月发射的BepiColombo任务，由欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构领导，计划在2025年12月进入水星轨道。该任务将研究水星的表面，揭示更多关于其内部和特征的信息。夏里尔表示：“贝皮科伦坡任务可能会识别并量化水星表面的碳含量，甚至发现是否存在钻石或更多石墨。这将比信使号任务提供更精确的测量，帮助我们更好地估算水星的核心-地幔边界深度，验证我们的假设。”
向前迈进的重要一步
NASA信使号任务的首席研究员、哥伦比亚大学的肖恩·所罗门表示，这一发现提出了“有趣的想法”，但验证它将面临挑战。他在电子邮件中解释道：“任何可能存在的钻石层都很深且相对薄。最有前景的技术是地震学，因为钻石中的地震波传播速度远高于地幔岩石。但这需要在水星表面长期工作的着陆器，而贝皮科伦坡任务虽然是唯一计划到达水星的任务，但由于预算限制取消了着陆器。”
加州大学伯克利分校的理论物理学家费利佩·冈萨雷斯表示，这项研究在理解行星内部及其形成方面迈出了重要一步。他认为，这种跨学科的研究对解决复杂科学问题至关重要。冈萨雷斯补充说，尽管钻石层的形成机制是合理的，但仍依赖于我们对水星内部的假设。“尽管我们在研究水星时设定了很好的约束，但只能通过间接测量来近似其组成。这项研究代表了我们目前所能做的最好的工作。未来的水星探测任务将能验证这些预测的准确性。目前，我们可以通过实验室中的更多模拟和实验，进一步提高对这些极端条件下材料的理解。”
（图片源于CNN）
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