富贵了：就在我们身边，离太阳最近的行星内部，镶嵌着一层16公里厚的钻石

水星，这颗太阳系中最小的行星，可能暗藏着一个巨大的秘密：一个厚达16千米的钻石幔。

信使号在距离水星极近的地方拍摄的照片。NASA / JHUAPL / CIW

水星，这颗太阳系中最小的行星，可能暗藏着一个巨大的秘密：一个厚达16千米的钻石幔。

水星内部可能隐藏着一个16千米厚的钻石幔。Robert Lea / NASA / JHUAPL / CIW

水星身上的许多令人意想不到的特点，使其在太阳系中独树一帜。它的表面非常黑，内核极为致密，火山活跃期结束得极早。科学家在水星表面发现了大量石墨，由此推测水星早期可能曾有一个富含碳的熔岩海。这个熔岩海不仅赋予水星以漆黑的外观，还留下了遍布表面的石墨，以及一个可能富含碳的幔。

通过研究“信使”号探测器的数据，科学家推测，这个富碳幔的主要组成成分可能不是石墨，而是碳的另一种稀有同素异形体：钻石。这一推测也得到了对水星质量分布情况重新评估结果的支持，研究表明水星幔的厚度可能比之前认为的厚。

科学家利用大容量压力机模拟了水星内部的压力和温度环境，选择硅酸盐作为水星幔物质的替代品，对其施加7吉帕的压力和超过2000摄氏度的高温，研究早期水星幔物质在这种环境下的变化，并用模型评估相关数据。

研究表明，水星上的钻石可能通过两种过程产生：一是熔岩海的结晶，这个过程多半只会在核幔交界处形成一个极薄的钻石层；二是水星金属核的结晶。

大约45亿年前，水星的核是完全液态的。虽然水星内核固化的确切机制仍然是个谜，但研究人员认为，这一过程必然是在低碳或“贫碳”的环境中进行的。液态核在结晶之前含有部分碳，结晶过程中碳在剩余液态核内浓缩。当碳浓度饱和，无法再溶解更多的碳时，钻石便会形成。

由于钻石密度高于大部分矿物但低于金属，它们在这个过程中会漂浮并停留在水星核幔边界上方，逐渐形成一个初始厚度约为1千米的钻石层，这个钻石层会随着时间推移持续生长变厚。

这一发现揭示了水星可能与太阳系其他岩质行星有着不同的起源方式。水星可能诞生于一团富碳尘埃云中，因此缺乏氧而富含碳，这使其有机会形成钻石层。尽管地球内核中也含有碳，但地核中钻石的形成可能并不像水星那样显著。

科学家希望这一发现能够帮助解开其他关于水星的谜团，比如它的火山活跃期为何在35亿年前就结束了。水星的火山活跃期比其他岩质行星短得多，这意味着它冷却得非常快。物理学家怀疑这可能与钻石层有关，因为钻石层可能加速了热量的传递。

研究人员期待从BepiColombo探测器收集到更多关于水星的数据，这些数据预计将在2026年到达。

信使号拍摄的水星照片。NASA / JHUAPL / CIW

参考
A diamond-bearing core-mantle boundary on Mercury
https://www.nature.com/articles/s41467-024-49305-x