Ένα στρώμα διαμαντιών πάχους έως και 18 χιλιομέτρων θα μπορούσε να κρύβεται κάτω από την επιφάνεια του Ερμή, του μικρότερου πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος και του πλησιέστερου στον Ήλιο, σύμφωνα με νέα έρευνα.

Τα διαμάντια θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί λίγο μετά τη σύμπτυξη του ίδιου του Ερμή σε πλανήτη, πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, από ένα στροβιλιζόμενο νέφος σκόνης και αερίων, στο χωνευτήρι ενός περιβάλλοντος υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας. Εκείνη την εποχή, ο νεοσύστατος πλανήτης πιστεύεται ότι είχε έναν φλοιό από γραφίτη, που επέπλεε πάνω από έναν βαθύ ωκεανό μάγματος.

Μια ομάδα ερευνητών αναδημιούργησε αυτό το καυτό περιβάλλον σε ένα πείραμα, με ένα μηχάνημα που ονομάζεται πρέσα αμονιού και χρησιμοποιείται συνήθως για τη μελέτη της συμπεριφοράς των υλικών υπό ακραία πίεση, αλλά και για την παραγωγή συνθετικών διαμαντιών.

«Πρόκειται για μια τεράστια πρέσα, η οποία μας επιτρέπει να υποβάλλουμε μικροσκοπικά δείγματα στην ίδια υψηλή πίεση και υψηλή θερμοκρασία που θα περιμέναμε βαθιά μέσα στον μανδύα του Ερμή, στο όριο μεταξύ μανδύα και πυρήνα», δήλωσε ο Bernard Charlier, επικεφαλής του τμήματος γεωλογίας του Πανεπιστημίου της Λιέγης στο Βέλγιο και συν-συγγραφέας μιας μελέτης που αναφέρει τα ευρήματα.

Η ομάδα εισήγαγε ένα συνθετικό μείγμα στοιχείων – συμπεριλαμβανομένου του πυριτίου, του τιτανίου, του μαγνησίου και του αλουμινίου – μέσα σε μια κάψουλα από γραφίτη, μιμούμενη τη θεωρητική σύνθεση του εσωτερικού του Ερμή στις πρώτες μέρες του. Στη συνέχεια οι ερευνητές υπέβαλαν την κάψουλα σε πιέσεις σχεδόν 70.000 φορές μεγαλύτερες από αυτές που συναντώνται στην επιφάνεια της Γης και σε θερμοκρασίες έως και 2.000 βαθμούς Κελσίου, αναπαράγοντας τις συνθήκες που πιθανότατα βρέθηκαν κοντά στον πυρήνα του Ερμή πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.

Αφού το δείγμα έλιωσε, οι επιστήμονες εξέτασαν τις αλλαγές στη χημεία και τα ορυκτά σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και παρατήρησαν ότι ο γραφίτης είχε μετατραπεί σε κρυστάλλους διαμαντιού.

Αυτός ο μηχανισμός, λένε οι ερευνητές, μπορεί όχι μόνο να μας δώσει περισσότερες πληροφορίες για τα μυστικά που κρύβονται κάτω από την επιφάνεια του Ερμή, αλλά και για την πλανητική εξέλιξη και την εσωτερική δομή εξωπλανητών με παρόμοια χαρακτηριστικά.

Ο μυστηριώδης Ερμής

Ο Ερμής είναι ο δεύτερος πιο πυκνός πλανήτης μετά τη Γη. Ένας μεγάλος μεταλλικός πυρήνας καταλαμβάνει το 85% της ακτίνας του Ερμή και είναι επίσης ο λιγότερο εξερευνημένος από τους χερσαίους πλανήτες του ηλιακού συστήματος. Η τελευταία ολοκληρωμένη αποστολή στον Ερμή, το MESSENGER της NASA, περιστράφηκε γύρω από τον πλανήτη μεταξύ Μαρτίου 2011 και Απριλίου 2015. Γνωστή και ως αποστολή Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging, συνέλεξε δεδομένα για τη γεωλογία, τη χημεία και το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη, πριν το διαστημόπλοιο ξεμείνει από καύσιμα και προσκρούσει στην επιφάνεια.

«Γνωρίζουμε ότι υπάρχει πολύς άνθρακας με τη μορφή γραφίτη στην επιφάνεια του Ερμή, αλλά υπάρχουν πολύ λίγες μελέτες για το εσωτερικό του πλανήτη», δήλωσε ο Yanhao Lin, επιστημονικός συνεργάτης του Κέντρου Προηγμένης Έρευνας Επιστήμης και Τεχνολογίας Υψηλής Πίεσης στο Πεκίνο και συν-συγγραφέας της μελέτης, η οποία δημοσιεύθηκε τον Ιούνιο στο περιοδικό Nature Communications.

«Σε σύγκριση με τη Σελήνη ή τον Άρη, γνωρίζουμε πολύ λίγα για τον Ερμή, επίσης επειδή δεν έχουμε δείγματα από την επιφάνεια του πλανήτη», δήλωσε ο Charlier. Ο Ερμής διαφέρει από όλους τους άλλους εδαφικούς πλανήτες, πρόσθεσε, επειδή βρίσκεται τόσο κοντά στον Ήλιο και ως εκ τούτου έχει πολύ χαμηλή ποσότητα οξυγόνου, γεγονός που επηρεάζει τη χημεία του.

Ένα από τα ευρήματα του MESSENGER ήταν το γεγονός ότι ο Ερμής είναι πλούσιος σε άνθρακα και η επιφάνειά του είναι γκρίζα λόγω της εκτεταμένης παρουσίας γραφίτη, ο οποίος είναι μια μορφή άνθρακα. Τα διαμάντια αποτελούνται επίσης από καθαρό άνθρακα, που σχηματίζεται κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Οι ερευνητές ήθελαν να δουν αν αυτή η διαδικασία θα μπορούσε να έχει διαδραματιστεί κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του πλανήτη.

Όταν οι Lin, Charlier και οι συνάδελφοί τους προετοίμαζαν το πείραμα για τη μίμηση του εσωτερικού του Ερμή λίγο μετά το σχηματισμό του πλανήτη, ένα κρίσιμο στοιχείο ήταν η γνώση ότι το θείο υπάρχει επίσης στον Ερμή, όπως είχαν δείξει στοιχεία από προηγούμενες μελέτες. «Ανακαλύψαμε ότι οι συνθήκες είναι διαφορετικές από τη Γη, επειδή υπάρχει πολύ θείο στον Ερμή, το οποίο μείωσε το σημείο τήξης του δείγματός μας», δήλωσε ο Charlier.

«Έλιωσε πλήρως σε χαμηλότερη θερμοκρασία σε σύγκριση με ένα σύστημα χωρίς θείο, το οποίο είναι καλό για τη σταθερότητα του διαμαντιού, επειδή το διαμάντι αρέσκεται στην υψηλή πίεση αλλά στη χαμηλότερη θερμοκρασία. Και αυτό είναι κυρίως αυτό που μας λένε τα πειράματά μας – ο ωκεανός μάγματος του Ερμή είναι ψυχρότερος από ό,τι αναμενόταν, και επίσης βαθύτερος, όπως γνωρίζουμε από την επανερμηνεία των γεωφυσικών μετρήσεων», πρόσθεσε, αναφερόμενος σε δεδομένα επίσης από το MESSENGER.

Αυτοί οι δύο παράγοντες, σύμφωνα με τη μελέτη, είναι αυτοί που καθιστούν δυνατό το σχηματισμό των διαμαντιών.

Διαμάντια και στην επιφάνεια;

Ο Charlier προειδοποιεί ότι το πάχος του στρώματος των διαμαντιών, μεταξύ 15 και 18 χιλιομέτρων, είναι μόνο μια εκτίμηση, και μπορεί να αλλάξει επειδή η διαδικασία σχηματισμού των διαμαντιών είναι ακόμα σε εξέλιξη καθώς ο πυρήνας του Ερμή συνεχίζει να ψύχεται.

Είναι επίσης αδύνατο να πούμε πόσο μεγάλα μπορεί να είναι τα μεμονωμένα διαμάντια. «Δεν έχουμε ιδέα για το μέγεθός τους, αλλά ένα διαμάντι αποτελείται μόνο από άνθρακα, οπότε θα πρέπει να είναι παρόμοια με αυτά που γνωρίζουμε στη Γη για τη σύνθεσή τους. Θα μοιάζουν με καθαρά διαμάντια», δήλωσε.

Θα μπορούσαν τα διαμάντια να εξορυχθούν ποτέ; Σύμφωνα με τον Charlier, αυτό θα ήταν αδύνατο ακόμη και με μελλοντικές, πιο προηγμένες τεχνολογίες, επειδή βρίσκονται σε βάθος περίπου 500 χιλιομέτρων. «Ωστόσο, ορισμένες λάβες στην επιφάνεια του Ερμή έχουν σχηματιστεί από την τήξη του πολύ βαθύ μανδύα. Είναι λογικό να θεωρήσουμε ότι αυτή η διαδικασία είναι σε θέση να φέρει κάποια διαμάντια στην επιφάνεια, κατ’ αναλογία με αυτό που συμβαίνει στη Γη», είπε.

Αυτή η διαδικασία σχηματισμού διαμαντιών μπορεί να συμβαίνει σε μερικούς από τους εξωπλανήτες που ανακαλύπτουμε στον γαλαξία μας, εξήγησε ο Charlier, αν η χημεία τους είναι επίσης χαμηλή σε οξυγόνο όπως του Ερμή. Αν ένας εξωπλανήτης είναι μικρότερος από τον Ερμή, το όριο πυρήνα-μανδύα θα ήταν πολύ ρηχό και η πίεση θα ήταν πολύ χαμηλή, εμποδίζοντας το σχηματισμό των διαμαντιών, είπε. Αλλά ένα μέγεθος μεταξύ του Ερμή και της Γης, σε συνδυασμό με το χαμηλό οξυγόνο, είναι ευνοϊκές συνθήκες για τη δημιουργία διαμαντιών.

Οι επιστήμονες μπορεί να μάθουν περισσότερα σύντομα. Μια αποστολή με την ονομασία BepiColombo – που αποτελείται από δύο διαστημόπλοια που εκτοξεύτηκαν τον Οκτώβριο του 2018 – αναμένεται να πραγματοποιήσει την εισαγωγή στην τροχιά του Ερμή τον Δεκέμβριο του 2025, αφού εκτελέσει μια σειρά από διελεύσεις. Η αποστολή, με επικεφαλής την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος και την Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης, θα μελετήσει τον πλανήτη από την τροχιά του και θα αποκαλύψει πολύ περισσότερα για το εσωτερικό και τα χαρακτηριστικά του.

Η συνεργασία πήρε το όνομά της από έναν Ιταλό επιστήμονα, τον Τζουζέπε «Bepi» Κολόμπο, ο οποίος εφηύρε τον ελιγμό υποβοήθησης βαρύτητας που χρησιμοποιείται συνήθως για την αποστολή ανιχνευτών σε άλλους πλανήτες.

Το BepiColombo μπορεί ενδεχομένως να προσδιορίσει και να ποσοτικοποιήσει τον άνθρακα στην επιφάνεια, αλλά και αν υπάρχει διαμάντι στην επιφάνεια ή περισσότερο γραφίτης, δήλωσε ο Charlier. «Αυτό δεν ήταν δυνατό με το MESSENGER, και οι μετρήσεις θα είναι επίσης πιο ακριβείς, δίνοντάς μας καλύτερες εκτιμήσεις για το βάθος του ορίου πυρήνα-μανδύα. Θα είμαστε σε θέση να ελέγξουμε ξανά την υπόθεσή μας».

Ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός

Ο Sean Solomon, κύριος ερευνητής της αποστολής MESSENGER της NASA στον Ερμή και βοηθός ανώτερος ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια της Νέας Υόρκης, δήλωσε ότι παρουσιάζει μια ενδιαφέρουσα ιδέα, αλλά ότι θα είναι μια πρόκληση για τις μελλοντικές αποστολές στον Ερμή να μπορέσουν να την επιβεβαιώσουν. Οποιοδήποτε τέτοιο στρώμα διαμαντιού είναι βαθύ και σχετικά λεπτό, δήλωσε ο Solomon, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.

Η πιο ελπιδοφόρα τεχνική είναι πιθανώς η σεισμολογία, επειδή οι ταχύτητες των σεισμικών κυμάτων στο διαμάντι είναι πολύ υψηλότερες από εκείνες στα πετρώματα του μανδύα ή στο υλικό του πυρήνα, αλλά οι σεισμικές μετρήσεις θα απαιτούσαν ένα ή περισσότερα μακρόβια προσεδαφιστικά σκάφη στην επιφάνεια του Ερμή, δήλωσε ο Solomon. Το BepiColombo, η μόνη αποστολή που έχει προγραμματιστεί επί του παρόντος να φτάσει στον Ερμή, είχε αρχικά ένα προσεδαφιστή, αλλά κόπηκε λόγω περιορισμών στον προϋπολογισμό.

Ο Felipe González, θεωρητικός φυσικός στο τμήμα Γης και πλανητικής επιστήμης του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, ο οποίος επίσης δεν συμμετείχε στην εργασία, δήλωσε ότι η μελέτη αποτελεί σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην κατανόηση του πλανητικού εσωτερικού και του τρόπου με τον οποίο αυτό σχηματίζεται και εξελίσσεται. Πιστεύει επίσης ότι διεπιστημονικές μελέτες όπως η συγκεκριμένη αποτελούν το κλειδί για την αντιμετώπιση των πολύπλοκων προβλημάτων που αντιμετωπίζουμε σήμερα στην επιστήμη.

Ο προτεινόμενος μηχανισμός με τον οποίο σχηματίζεται αυτό το διαμαντένιο στρώμα είναι εύλογος, πρόσθεσε ο González, αλλά εξακολουθεί να εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις υποθέσεις μας για το εσωτερικό του Ερμή. «Ενώ πολύ καλοί περιορισμοί έχουν τεθεί με την πάροδο των ετών καθώς μελετάμε βαθύτερα αυτόν τον πλανήτη, μπορούμε μόνο να προσεγγίσουμε τη σύνθεσή του στα μοντέλα και τα πειράματά μας από έμμεσες μετρήσεις», δήλωσε.

«Ωστόσο, αυτή η μελέτη εξακολουθεί να αντιπροσωπεύει το καλύτερο που μπορούμε να κάνουμε με αυτά που έχουμε σήμερα», δήλωσε ο González. «Μόνο οι μελλοντικές αποστολές στον πλανήτη Ερμή θα δείξουν αν αυτές οι προβλέψεις ήταν σωστές. Προς το παρόν, μπορούμε να επικεντρωθούμε στη βελτίωση της κατανόησης των υλικών σε αυτές τις ακραίες συνθήκες, πραγματοποιώντας περισσότερες και καλύτερες προσομοιώσεις και πειράματα στα εργαστήριά μας».

Με πληροφορίες από CNN

Tags