Nghiên cứu mới cho thấy sao Thủy có thể có một lớp kim cương sâu bên trong. (Ảnh: NASA/Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins/Viện Carnegie của Washington)
Các mô phỏng mới cho thấy một lớp kim cương dày khoảng 15 km có thể ẩn sâu bên dưới bề mặt sao Thủy. Tuy chúng ta gần như không thể khai thác những viên đá quý này để làm đồ trang sức, nhưng chúng có thể giúp giải quyết một số bí ẩn lớn nhất của hành tinh này.
Theo một nghiên cứu mới, sao Thủy có thể có một lớp kim cương dày hàng trăm km dưới bề mặt. Phát hiện này, được công bố ngày 14/6 trên tạp chí Nature Communications, có thể giúp giải quyết những bí ẩn về thành phần và đặc điểm từ trường khác lạ của hành tinh này.
Sao Thủy chứa đầy những bí ẩn. Một trong số đó là nó có từ trường. Mặc dù yếu hơn nhiều so với Trái đất, nhưng từ trường của sao Thủy là điều không ngờ tới vì hành tinh này rất nhỏ và dường như không hoạt động về mặt địa chất. Hành tinh này cũng có các mảng tối bất thường trên bề mặt mà sứ mệnh Messenger của NASA xác định là than chì, một dạng carbon.
Đặc điểm thứ hai nói trên là điều đã khơi dậy sự tò mò của Yanhao Lin, một nhà khoa học tại Trung tâm Nghiên cứu Tiên tiến Khoa học và Công nghệ Áp suất Cao ở Bắc Kinh và đồng tác giả của nghiên cứu. Hàm lượng carbon cực cao của sao Thủy “khiến tôi nhận ra rằng có điều gì đó đặc biệt có thể đã xảy ra bên trong nó”, ông nói trong một tuyên bố.
Mặc dù sao Thủy có những đặc điểm độc đáo, các nhà khoa học cho rằng quá trình hình thành của nó có thể tương tự như các hành tinh đá khác. Họ giả thuyết rằng sao Thủy được tạo thành từ sự làm mát dần của một đại dương magma, có thể giàu carbon và silicat. Trong quá trình này, các kim loại tập trung ở trung tâm, tạo nên lõi hành tinh. Sau đó, phần magma còn lại đông đặc, hình thành lớp phủ giữa và lớp vỏ ngoài cùng.
Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu nghĩ rằng nhiệt độ và áp suất của lớp phủ chỉ đủ để carbon tạo thành than chì nổi lên bề mặt. Nhưng một nghiên cứu năm 2019 cho thấy lớp phủ của sao Thủy có thể sâu hơn 50 km so với dự đoán trước đây. Điều này làm tăng đáng kể áp suất và nhiệt độ tại ranh giới giữa lõi và lớp phủ đủ để carbon có thể kết tinh thành kim cương.
Một nhóm nghiên cứu quốc tế gồm các nhà khoa học Bỉ và Trung Quốc, trong đó có Lin, đã tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết nói trên. Họ tạo ra các hỗn hợp chứa sắt, silica và carbon, để mô phỏng đại dương magma nguyên thủy của sao Thủy. Tiếp đó, họ thêm vào các lượng sắt sulfide khác nhau, dựa trên giả định rằng đại dương magma ban đầu chứa nhiều lưu huỳnh – một điều phù hợp với hàm lượng lưu huỳnh cao trên bề mặt sao Thủy hiện nay.
Sử dụng máy ép nhiều đe, nhóm nghiên cứu đã đặt các hỗn hợp hóa học dưới áp suất nghiền 7 gigapascal – gấp khoảng 70.000 lần áp suất của bầu khí quyển Trái đất ở mực nước biển – và nhiệt độ lên tới 1.970 độ C. Những điều kiện khắc nghiệt này giúp tái hiện môi trường có thể tồn tại trong lòng sao Thủy.
Bên cạnh việc mô phỏng các điều kiện vật lý mà theo đó than chì hoặc kim cương sẽ ổn định, các nhà nghiên cứu cũng sử dụng các mô hình máy tính để có được các phép đo chính xác hơn về áp suất và nhiệt độ tại ranh giới lõi-lớp phủ của sao Thủy. Theo Lin, những mô hình máy tính như vậy cho chúng ta biết về các cấu trúc cơ bản bên trong hành tinh này.
Các thí nghiệm cho thấy các khoáng chất như olivine có khả năng hình thành trong lớp phủ – một phát hiện phù hợp với các nghiên cứu trước đây. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng việc thêm lưu huỳnh vào các hỗn hợp hóa học khiến chúng trở nên đông đặc ở nhiệt độ cao hơn nhiều, và điều kiện như vậy thuận lợi hơn cho việc hình thành kim cương.
Thật vậy, các mô phỏng máy tính của nhóm nghiên cứu cho thấy, trong những điều kiện đã được điều chỉnh này, kim cương có thể đã kết tinh khi lõi bên trong của sao Thủy rắn lại. Bởi vì nó ít đặc hơn lõi, nên sau đó nó nổi lên đến ranh giới lõi-lớp phủ. Các tính toán cũng cho thấy những viên kim cương, nếu có, tạo thành một lớp với độ dày trung bình khoảng 15 km. Nhưng việc khai thác những viên đá quý này là một việc không khả thi, bởi vì chúng nằm quá sâu – khoảng 485 km dưới bề mặt sao Thủy. Ngoài ra, một vấn đề khác nữa là hành tinh này có nhiệt độ rất khắc nghiệt.
Mặc dù vậy, những viên kim cương này có thể đóng một vai trò quan trọng khác: chúng có thể là yếu tố góp phần tạo nên từ trường của sao Thủy. Theo giải thích của Lin, kim cương có khả năng dẫn nhiệt tốt giữa lõi và lớp phủ của hành tinh. Sự truyền nhiệt này tạo ra chênh lệch nhiệt độ, dẫn đến việc sắt lỏng trong lõi chuyển động đối lưu, hình thành các dòng xoáy. Chính những dòng xoáy này được cho là nguồn gốc của từ trường sao Thủy. Và kết quả này cũng có thể giúp giải thích quá trình tiến hóa của các ngoại hành tinh giàu carbon.
Lin cho biết, các quá trình dẫn đến sự hình thành một lớp kim cương trên sao Thủy cũng có thể đã xảy ra trên các hành tinh khác, và để lại những dấu hiệu tương tự.
Theo Livescience
NTD Việt Nam