水星：鉆石行星的璀璨奇跡

在太陽系大家庭中，水星是離太陽最近的行星。近日，中國和比利時的科學家利用高溫高壓實驗模擬了水星的內部條件，并結合熱力學和行星物理模型，證明了在水星內部極端條件下，其核幔邊界處可能存在一個巨大的鉆石圈層……

水星檔案

被太陽寵愛的“小孩”

水星就像一個被太陽寵愛的小孩，總是圍繞在太陽身邊。然而，這種親密關系也給水星蒙上了一層神秘的面紗。太陽的光芒實在太耀眼了，以至于我們很難直接觀測到水星——水星的身影常常被太陽的光芒所掩蓋。

不僅如此，太陽的輻射讓水星的表面溫度變得極端：白天，水星表面溫度高達430攝氏度，足以融化鉛塊；而到了夜晚，溫度又驟降至零下170攝氏度，比南極還要冷。這種極端的溫度變化，對航天器的材料和設計提出了極高的要求，也讓水星探測面臨巨大挑戰。

水星的內部結構

在太陽系中，地球、火星、金星和水星這樣的行星，內部的結構就像一個雞蛋，蛋殼和蛋清都是由巖石構成，被稱為行星的殼層和幔層；蛋黃是由金屬鐵構成的，被稱為行星核。水星的金屬核和巖石幔層之間的界面，就是核幔邊界。

特殊的“烤箱”

為了揭開水星的神秘面紗，科學家已經發射了多個航天器前往這顆行星進行探測。其中，有航天器在水星表面發現了大量石墨，于是科學家猜測，這顆行星可能曾經擁有一個富含碳元素的巖漿海洋。這不禁讓人好奇，水星內部是否還隱藏著更珍貴的寶藏——鉆石？那么，科學家是如何研究水星內部的呢？畢竟，人類可沒法鉆到水星中心去看看。別擔心，科學家有他們的“魔法”——高溫高壓實驗設備。

科學家首先準備了一些與水星成分相似的材料，然后把它們放進高溫高壓實驗設備這個特殊的“烤箱”里。這個“烤箱”可不是用來烤面包的，它能產生極高的溫度和壓力，模擬水星內部的極端環境。

有多極端呢？想象一下，把一架大型客機壓在你指甲蓋那么小的地方，這就是實驗中施加的壓力——大約相當于7萬個大氣壓！而溫度呢？超過2000攝氏度，足以把鋼鐵融化成液體！

在這樣的高溫高壓下，水星內部的物質會發生奇妙的變化。科學家發現，原本普通的碳元素竟然變成了閃閃發光的鉆石！這為水星內部可能存在鉆石圈層的假說提供了有力的證據。

從沸騰到冷卻

鉆石圈層的形成過程是怎樣的呢？

40多億年以前，水星剛剛誕生時，表面被一片熾熱的巖漿海洋覆蓋，就像一口巨大的熔巖鍋。隨著時間的推移，巖漿海洋逐漸冷卻凝固，形成了水星的巖石幔層。

然而，水星內部的故事并沒有就此結束。它的金屬核心也在慢慢冷卻，就像一塊逐漸凍結的巨大冰塊。在這個過程中，核心中的碳元素開始析出，形成了閃閃發光的鉆石。這些鉆石慢慢上浮，最終聚集在核幔邊界，形成了一個厚厚的鉆石圈層。

科學家通過行星物理學模型估算，水星核幔邊界的鉆石圈層厚度可以達到十幾公里，這相當于珠穆朗瑪峰海拔高度的兩倍。而且，隨著水星內部繼續冷卻，這個鉆石圈層還會變得越來越厚。

鉆石圈層造就了強大磁場？

水星內部可能存在的鉆石圈層為我們提供了一種獨特的解釋方式，幫助我們理解這顆行星的一系列神秘特征，特別是它的磁場成因。

水星的磁場相對于其大小和內核的尺寸來說異常強大，這是科學家一直以來感到困惑的問題。水星是太陽系八大行星中體積最小的一個，通常情況下，像水星這樣的行星，其內部的液態金屬核心不足以產生如此強大的磁場。鉆石圈層的假設為解釋水星強大的磁場提供了一個新的視角。鉆石圈層的存在可能對水星內部的溫度分布產生影響，從而影響其內部的液態金屬流動的速度和模式。這種流動是產生磁場的關鍵，因為它能形成類似發電機的效應（即電磁感應現象，詳見《知識就是力量》雜志2024年2月刊）。

此外，鉆石具有極高的導熱性，這意味著它可能會改變核心周圍的熱量分布。這種獨特的溫度梯度可能進一步影響液態金屬的運動，進而影響磁場的產生和維持。也許，水星的鉆石圈層正是它擁有強大磁場的秘密武器。

水星鉆石圈層的假設，為我們研究其他富含碳的行星提供了新的思路。如果這些行星上也存在鉆石或其他碳基化合物，它們可能記錄了這些行星的歷史和演化過程，甚至為我們尋找外星生命提供線索。

富含碳的行星可能具備一定的潛在生物適宜性，如果這些行星表面或內部存在類似鉆石的礦物質和其他碳基化合物，它們可能為生命的存在提供必要的化學環境和物質基礎。

知識鏈接

碳的千面“人生”

碳，是宇宙中第四豐富的元素，僅次于氫、氦和氧。它不僅是構成生命的基礎，還在宇宙中扮演著重要的角色。

碳元素的化學性質使其能夠形成各種各樣的分子和物質。例如，它既能組成柔軟的石墨，也能形成堅硬的金剛石（鉆石）。這兩種物質雖然都是由純碳元素構成，但卻具有截然不同的物理、化學性質。

石墨

石墨，是自然界最軟的礦物之一，我們平時用的鉛筆芯就是石墨做的。它摸起來滑滑的，很容易碎裂。這是因為石墨中的碳原子是一層一層排列的，就像一疊紙一樣，很容易被分開。

鉆石

而鉆石，則是自然界已知最硬的礦物。它晶瑩剔透、堅不可摧，被譽為“寶石之王”。鉆石的硬度源于它獨特的晶體結構：碳原子以一種非常穩定的三角形結構連接在一起，形成了一種堅固的立體網狀結構，就像無數個三腳架牢牢地拼接在一起。