Mô phỏng mới chỉ ra lớp kim cương dày gần 15 km có thể ẩn sâu bên dưới bề mặt sao Thủy, giúp lý giải một số bí ẩn lớn nhất, bao gồm cấu tạo và từ trường kỳ dị của hành tinh.
Sao Thủy là một hành tinh chứa đầy bí ẩn. Ví dụ, dù từ trường sao Thủy yếu hơn nhiều so với Trái đất, giới nghiên cứu không kỳ vọng nó có thể tồn tại bởi hành tinh quá nhỏ và dường như không hoạt động về mặt địa chất. Sao Thủy cũng có những mảng bề mặt tối khác thường mà nhiệm vụ Messenger xác định là graphite, một dạng carbon. Đặc điểm này thôi thúc trí tò mò của Yanhao Lin, nhà khoa học ở Trung tâm nghiên cứu khoa và công nghệ áp suất cao tại Bắc Kinh, đồng tác giả nghiên cứu. Lượng carbon cực cao của sao Thủy khiến ông suy đoán có gì đó đặc biệt bên trong hành tinh, Live Science hôm 18/7 đưa tin.
Ảnh chụp bề mặt sao Thủy. (Ảnh: NASA).
Các nhà khoa học nghi ngờ sao Thủy có thể hình thành tương tự những hành tinh đá khác từ quá trình nguội dần của đại dương magma nóng. Trong trường hợp sao Thủy, đại dương này nhiều khả năng giàu carbon và silicate. Đầu tiên, 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 ở giữa và vỏ ngoài của hành tinh.
Trong nhiều năm, giới nghiên cứu cho rằng nhiệt độ và áp suất của lớp phủ chỉ đủ cao để carbon hình thành graphite nhẹ hơn lớp phủ và nổi lên bề mặt hành tinh. Nhưng một nghiên cứu vào năm 2019 chỉ ra lớp phủ của sao Thủy có thể sâu hơn 50 km so với suy đoán trước đây. Điều đó làm tăng đáng kể nhiệt độ và áp suất ở ranh giới giữa lớp lõi và lớp phủ, tạo ra điều kiện để carbon kết thành kim cương.
Nhằm tìm hiểu khả năng này, nhóm nghiên cứu đến từ Bỉ và Trung Quốc, bao gồm Lin, kiểm tra hỗn hợp hóa học bao gồm sắt, silica và carbon. Hỗn hợp tương tự thành phần của một số loại thiên thạch, mô phỏng đại dương magma của sao Thủy thời sơ khai. Nhóm nghiên cứu cũng làm ngập hỗn hợp bằng lượng sắt sulfide khác nhau. Họ đoán đại dương magma chứa nhiều lưu huỳnh do bề mặt sao Thủy ngày nay cũng giàu lưu huỳnh.
Sử dụng một máy ép nhiều lớp, Lin và cộng sự đặt hỗn hợp hóa chất dưới áp suất 7 gigapascal, gấp khoảng 70.000 lần áp suất của khí quyển Trái đất ở mực nước biển và nhiệt độ lên tới 1.970 độ C. Điều kiện cực hạn như vậy mô phỏng điều kiện ở sâu bên trong sao Thủy. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu sử dụng mô hình máy tính để đo chính xác hơn nhiệt độ và áp suất ở ranh giới giữa lớp phủ và lớp 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 cơ bản bên trong hành tinh.
Thí nghiệm cho thấy khoáng chất như olivine nhiều khả năng hình thành trong lớp phủ. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện thêm lưu huỳnh vào hỗn hợp hóa chất khiến nó cứng lại chỉ khi ở nhiệt độ cao hơn. Điều kiện như vậy cũng phù hợp hơn để hình thành kim cương. Trên thực tế, mô phỏng trên máy tính của các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra dưới điều kiện mới, kim cương có thể kết tinh khi lõi trong của sao Thủy cứng lại. Kết quả tính toán chỉ ra kim cương tạo thành một lớp có độ dày trung bình khoảng 15km.
Tuy nhiên, khai thác số kim cương trên là bất khả thi. Ngoài nhiệt độ cực hạn của hành tinh, kim cương ở quá sâu để đào, cách bề mặt khoảng 485km. Nhưng chúng rất quan trọng đối với từ trường của sao Thủy. Kim cương có thể giúp truyền nhiệt giữa lớp lõi và lớp phủ, tạo ra chênh lệch nhiệt độ và khiến sắt lỏng xoay tròn, từ đó hình thành nên từ trường, Lin giải thích.