Sasha
Writer
Một mô phỏng mới đây cho thấy một lớp kim cương dày gần 15km có thể đang ẩn giấu bên dưới bề mặt sao Thủy, giúp giải đáp một số bí ẩn lớn nhất của hành tinh này, bao gồm cấu trúc và từ trường kỳ lạ của nó.
Sao Thủy là một hành tinh chứa đựng nhiều bí ẩn. Ví dụ, mặc dù từ trường của sao Thủy yếu hơn Trái Đất rất nhiều, nhưng các nhà khoa học không ngờ rằng nó có thể tồn tại bởi vì hành tinh này quá nhỏ và dường như không hoạt động về mặt địa chất. Sao Thủy cũng có những mảng bề mặt tối khác thường mà tàu vũ trụ Messenger xác định là graphite, một dạng của carbon. Đặc điểm này đã khơi dậy sự tò mò của Yanhao Lin, nhà khoa học tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Áp suất cao ở Bắc Kinh và là đồng tác giả của nghiên cứu. Lượng carbon cực lớn trên sao Thủy khiến ông suy đoán rằng có điều gì đó đặc biệt bên trong hành tinh này.
Ảnh chụp bề mặt sao Thủy
Các nhà khoa học nghi ngờ sao Thủy có thể hình thành tương tự như các hành tinh đá khác, từ quá trình nguội dần của đại dương magma nóng chảy. Trong trường hợp của sao Thủy, đại dương này có thể giàu carbon và silicat. Đầu tiên, các kim loại kết tụ lại bên trong đại dương, tạo thành lõi ở trung tâm, trong khi magma còn lại kết tinh thành lớp phủ và lớp vỏ bên ngoài của hành tinh.
Trong nhiều năm, giới khoa học cho rằng nhiệt độ và áp suất của lớp phủ chỉ đủ cao để carbon tạo thành graphite nhẹ hơn lớp phủ và nổi lên bề mặt hành tinh. Nhưng một nghiên cứu vào năm 2019 cho thấy lớp phủ của sao Thủy có thể sâu hơn 50km so với suy đoán trước đây. Điều đó làm tăng đáng kể nhiệt độ và áp suất ở ranh giới giữa lõi và lớp phủ, tạo điều kiện cho carbon kết tinh thành kim cương.
Để kiểm tra khả năng này, nhóm nghiên cứu đến từ Bỉ và Trung Quốc, bao gồm Lin, đã kiểm tra hỗn hợp hóa học bao gồm sắt, silica và carbon, tương tự như thành phần của một số loại thiên thạch, để mô phỏng đại dương magma của sao Thủy thời kỳ đầu. Nhóm nghiên cứu cũng bổ sung vào hỗn hợp này các lượng sắt sunfua khác nhau. Họ phỏng đoán rằng đại dương magma chứa nhiều lưu huỳnh vì bề mặt sao Thủy ngày nay cũng rất giàu lưu huỳnh.
Sử dụng máy ép nhiều lớp, Lin và các đồng nghiệp đã đặt hỗn hợp hóa học dưới áp suất 7 gigapascal, gấp khoảng 70.000 lần áp suất khí quyển của Trái Đất ở mực nước biển, và nhiệt độ lên tới 1.970 độ C. Những điều kiện khắc nghiệt như vậy mô phỏng điều kiện sâu bên trong sao Thủy. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình máy tính để đo lường chính xác hơn nhiệt độ và áp suất ở ranh giới giữa lớp phủ và lõi của sao Thủy, đồng thời mô phỏng điều kiện vật lý mà graphite hoặc kim cương sẽ ổn định. Mô hình máy tính đó sẽ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc bên trong của hành tinh.
Thí nghiệm cho thấy các khoáng chất như olivin có thể hình thành trong lớp phủ. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng việc bổ sung thêm lưu huỳnh vào hỗn hợp hóa học khiến nó chỉ đông đặc ở nhiệt độ cao hơn. Điều kiện như vậy cũng phù hợp hơn cho sự hình thành kim cương. Trên thực tế, mô phỏng trên máy tính của các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng trong điều kiện mới, kim cương có thể kết tinh khi lõi bên trong của sao Thủy nguội đi và đông đặc lại. Kết quả tính toán cho thấy kim cương tạo thành một lớp có độ dày trung bình khoảng 15 km.
Tuy nhiên, việc khai thác số kim cương này là bất khả thi. Ngoài nhiệt độ khắc nghiệt của hành tinh, số kim cương này nằm quá sâu để có thể khai thác, cách bề mặt khoảng 485 km. Nhưng chúng rất quan trọng đối với từ trường của sao Thủy. Kim cương có thể giúp truyền nhiệt giữa lõi và lớp phủ, tạo ra chênh lệch nhiệt độ và khiến sắt lỏng lưu chuyển, từ đó tạo ra từ trường, Lin giải thích.
Sao Thủy là một hành tinh chứa đựng nhiều bí ẩn. Ví dụ, mặc dù từ trường của sao Thủy yếu hơn Trái Đất rất nhiều, nhưng các nhà khoa học không ngờ rằng nó có thể tồn tại bởi vì hành tinh này quá nhỏ và dường như không hoạt động về mặt địa chất. Sao Thủy cũng có những mảng bề mặt tối khác thường mà tàu vũ trụ Messenger xác định là graphite, một dạng của carbon. Đặc điểm này đã khơi dậy sự tò mò của Yanhao Lin, nhà khoa học tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Áp suất cao ở Bắc Kinh và là đồng tác giả của nghiên cứu. Lượng carbon cực lớn trên sao Thủy khiến ông suy đoán rằng có điều gì đó đặc biệt bên trong hành tinh này.
Ảnh chụp bề mặt sao Thủy
Các nhà khoa học nghi ngờ sao Thủy có thể hình thành tương tự như các hành tinh đá khác, từ quá trình nguội dần của đại dương magma nóng chảy. Trong trường hợp của sao Thủy, đại dương này có thể giàu carbon và silicat. Đầu tiên, các kim loại kết tụ lại bên trong đại dương, tạo thành lõi ở trung tâm, trong khi magma còn lại kết tinh thành lớp phủ và lớp vỏ bên ngoài của hành tinh.
Trong nhiều năm, giới khoa học cho rằng nhiệt độ và áp suất của lớp phủ chỉ đủ cao để carbon tạo thành graphite nhẹ hơn lớp phủ và nổi lên bề mặt hành tinh. Nhưng một nghiên cứu vào năm 2019 cho thấy lớp phủ của sao Thủy có thể sâu hơn 50km so với suy đoán trước đây. Điều đó làm tăng đáng kể nhiệt độ và áp suất ở ranh giới giữa lõi và lớp phủ, tạo điều kiện cho carbon kết tinh thành kim cương.
Để kiểm tra khả năng này, nhóm nghiên cứu đến từ Bỉ và Trung Quốc, bao gồm Lin, đã kiểm tra hỗn hợp hóa học bao gồm sắt, silica và carbon, tương tự như thành phần của một số loại thiên thạch, để mô phỏng đại dương magma của sao Thủy thời kỳ đầu. Nhóm nghiên cứu cũng bổ sung vào hỗn hợp này các lượng sắt sunfua khác nhau. Họ phỏng đoán rằng đại dương magma chứa nhiều lưu huỳnh vì bề mặt sao Thủy ngày nay cũng rất giàu lưu huỳnh.
Sử dụng máy ép nhiều lớp, Lin và các đồng nghiệp đã đặt hỗn hợp hóa học dưới áp suất 7 gigapascal, gấp khoảng 70.000 lần áp suất khí quyển của Trái Đất ở mực nước biển, và nhiệt độ lên tới 1.970 độ C. Những điều kiện khắc nghiệt như vậy mô phỏng điều kiện sâu bên trong sao Thủy. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình máy tính để đo lường chính xác hơn nhiệt độ và áp suất ở ranh giới giữa lớp phủ và lõi của sao Thủy, đồng thời mô phỏng điều kiện vật lý mà graphite hoặc kim cương sẽ ổn định. Mô hình máy tính đó sẽ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc bên trong của hành tinh.
Thí nghiệm cho thấy các khoáng chất như olivin có thể hình thành trong lớp phủ. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng việc bổ sung thêm lưu huỳnh vào hỗn hợp hóa học khiến nó chỉ đông đặc ở nhiệt độ cao hơn. Điều kiện như vậy cũng phù hợp hơn cho sự hình thành kim cương. Trên thực tế, mô phỏng trên máy tính của các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng trong điều kiện mới, kim cương có thể kết tinh khi lõi bên trong của sao Thủy nguội đi và đông đặc lại. Kết quả tính toán cho thấy kim cương tạo thành một lớp có độ dày trung bình khoảng 15 km.
Tuy nhiên, việc khai thác số kim cương này là bất khả thi. Ngoài nhiệt độ khắc nghiệt của hành tinh, số kim cương này nằm quá sâu để có thể khai thác, cách bề mặt khoảng 485 km. Nhưng chúng rất quan trọng đối với từ trường của sao Thủy. Kim cương có thể giúp truyền nhiệt giữa lõi và lớp phủ, tạo ra chênh lệch nhiệt độ và khiến sắt lỏng lưu chuyển, từ đó tạo ra từ trường, Lin giải thích.
