中国科学家发现，水星上不但有水，还有厚达16公里的钻石层

作为太阳系中距离太阳最近的行星，水星表面所受到太阳辐射强度远超地球，以至于其向阳面的表面温度可以高达428℃，而由于水星是以一种“3:2轨道共振”的稳定模式围绕着太阳公转，它每自转3圈，就刚好围绕太阳公转2圈，因此在水星表面并不存在永久的向阳面和背阳面，随着时间的推移，两者之间也会不断地转换。

这样的情况很容易让人认为，在太阳的炙烤下，水星表面即使曾经存在过水，也早就已经被蒸发得一干二净了，但实际情况却并非如此，因为在水星的两极区域，其实存在着大量的水冰。

早在上个世纪，科学家就推测，水星的自转轴几乎完全垂直于其围绕太阳公转轨道所在的平面，这就会造成在水星两极的陨石坑中，存在着阳光始终无法照射得到的永久阴影区，那里的温度也一直保持在极低的水平，理论上可低至零下170摄氏度左右，在这样的环境下，水就能水冰的形式稳定保存下来。

这一推测最终得到了“信使号”（Messenger）的证实，简单来讲，“信使号”是NASA发射的一个水星探测器，该探测器于2011年进入环绕水星的轨道，随后展开对水星的探测工作，也正是通过它传回的探测数据，科学家确定了水星两极至少存在着上亿吨的水冰。

“信使号”于2015年以撞击水星的方式结束了其探测使命，在几年的时间里，它传回了大量的探测数据，直到现在，科学家仍然在对其进行研究。

根据近日发表在《自然·通讯》的一项研究，一组来自北京高压科学研究中心的中国科学家在对“信使号”探测数据进行研究之后发现，水星内部存在着一层钻石，估计其厚度大约有16公里，也就是说，水星上不但有水，还有厚达16公里的钻石层，这是怎么回事呢？我们接着看。

（想象图）

根据行星演化模型，水星在形成之初是一颗炽热的熔融态星球，当水星逐渐冷却时，由于重力分异的作用，较重的物质不断“下沉”，较轻的物质则持续“上浮”，并最终形成了水星的地核、地幔和地壳。

在此次研究中，科学家对“信使号”传回的探测数据进行了仔细分析，然后注意到水星表面存在着很多的“黑暗斑块”，其反射率远低于其他部分，随后科学家利用基于多光谱成像设备和X射线光谱仪的数据，对这些区域中的化学成分进行了精确分析，确认了这些“黑暗斑块”的主要物质，其实是由碳元素构成的石墨。

科学家据此认为，水星表面的石墨的形成机制应该是：水星在其形成初期拥有大量的碳元素，以至于其内部熔融状态物质中的碳元素含量已达到饱和，也正因为如此，在水星逐渐冷却的过程中，一部分碳元素逐渐上浮到水星地表，随着水星的冷却，这些碳元素最终形成了石墨，并覆盖在行星表面的一部分区域。

通过深入研究，科学家发现，水星的地幔比我们之前认为的还要深约80公里，这意味着在靠近水星核心的地幔边界处的温度和压力比之前认为的更高，从理论上来讲，足以将那里的碳元素就会转化为钻石。

为了验证这一理论，科学家模拟了水星早期的高温高压环境，他们利用铁、硅和碳等元素“调配”出类似于水星形成之初的化学混合物，并在实验中引入了大量硫元素（这是因为水星表面富含硫，这表明了其内部也会含有更多的硫）。

在此之后，科学家通过多面砧压机设备，将这些化学混合物置于极端条件下，施加了高达7Gpa（大概相当于地球海平面大气压的7万倍）的压力，同时将其加热至1970摄氏度，实验结果表明，在这种环境下，碳元素确实能够形成钻石。

而计算机模拟进一步揭示了，在水星的核心和地幔交界处，钻石很可能在核心固化时开始形成，并在密度较小的情况下上浮到地幔边界处，进而在那里形成一个钻石层，根据科学家的估算，其厚度大约有16公里，但“藏”得很深，其所在区域位于水星表面之下大约485公里。

而这也就意味着，尽管我们知道这个钻石层的存在，但由于科技水平的限制，在未来的很长一段时间里，我们都无法去对其进行开采……

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