Các nhà khoa học Trung Quốc: Sao Thủy bí ẩn có thể chứa nhiều kim cương

Các nhà khoa học thuộc Đại học Trung Sơn cho biết những quan sát và mô hình hóa của họ cho thấy hàm lượng than chì (graphite) mang lại vẻ ngoài đặc biệt cho sao Thủy có thể thấp hơn nhiều so với ước tính trước đây, với khả năng hiện diện của kim cương và các dạng carbon khác trên hành tinh này.

Theo họ, nếu các ước tính trước đây về hàm lượng carbon trên bề mặt sao Thủy là chính xác thì một phần đáng kể của nguyên tố này phải tồn tại ở các dạng khác, chẳng hạn như các hạt kim cương nhỏ và carbon vô định hình, không có cấu trúc tinh thể.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Astronomy hôm 4.1.2024, dựa trên nghiên cứu trước đây ở Mỹ về dữ liệu được thu thập bởi Messenger (tàu vũ trụ đầu tiên quay quanh sao Thủy) của NASA (Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ).

Sao Thủy là hành tinh nhỏ nhất trong hệ Mặt trời của chúng ta, chỉ lớn hơn Mặt trăng đôi chút. Nó cũng là hành tinh gần Mặt trời nhất, cách Trái đất trung bình 77 triệu km và là hành tinh ít được nghiên cứu nhất vì rất khó tiếp cận.

Tàu thăm dò Messenger mất gần 7 năm để đến được sao Thủy, đi vào quỹ đạo quanh hành tinh này vào năm 2011 và kết thúc sứ mệnh trong 2015.

Năm 2016, một nhóm nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins (Mỹ) đã xác định rằng carbon có thể là nguyên nhân gây ra vẻ ngoài tối tăm của sao Thủy – sự phản ánh địa hóa học và là chìa khóa để tiết lộ nguồn gốc cùng sự tiến hóa của nó.

Theo nghiên cứu từ Mỹ được công bố trên tạp chí Nature Geoscience, carbon có thể có nguồn gốc sâu bên dưới bề mặt sao Thủy, “bên trong lớp vỏ giàu than chì cổ xưa mà sau này bị chôn vùi bởi vật liệu núi lửa”. Tuy nhiên, nghiên cứu mới nhất cho thấy carbon được phát hiện bởi sứ mệnh Messenger “có thể không hoàn toàn tồn tại ở dạng than chì”, theo các nhà khoa học Trung Quốc.

Họ viết: “Kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng hầu hết carbon trên sao Thủy có thể tồn tại ở các dạng khác ngoài than chì xen kẽ và carbon không hoàn toàn thoát khỏi lớp phủ trong quá trình kết tinh đại dương magma”.

“

Đại dương magma là vùng đá nóng chảy khổng lồ bao phủ toàn bộ hoặc một phần của hành tinh. Nó được hình thành khi hành tinh mới hình thành, khi lõi nóng chảy của hành tinh tan chảy lớp vỏ bên ngoài.

Đại dương magma có thể tồn tại trong nhiều triệu năm và đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành, tiến hóa của các hành tinh. Nó cung cấp vật liệu cho lớp vỏ và lớp manti của hành tinh, có thể tạo ra hoạt động núi lửa và địa chấn.

Đại dương magma đã được chứng minh là tồn tại trên Trái đất, Mặt trăng và một số hành tinh khác trong hệ Mặt trời.

Trên Trái đất, đại dương magma được cho là đã tồn tại trong khoảng 200 - 300 triệu năm đầu tiên của sự hình thành hành tinh. Nó đã tan chảy lớp vỏ bên ngoài của Trái đất, tạo ra lớp vỏ và lớp manti hiện tại. Đại dương magma cũng có thể là nguồn gốc của các kim cương trên Trái đất.

Trên Mặt trăng, đại dương magma được cho là đã tồn tại trong khoảng 50 - 100 triệu năm đầu tiên của sự hình thành hành tinh này.

Một số nhà khoa học tin rằng đại dương magma có thể tồn tại trên sao Hỏa. Họ tin sao Hỏa có thể đã có một đại dương bề mặt trong quá khứ và rằng đại dương này có khả năng bị tan chảy bởi sự kiện va chạm lớn.

Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu khả năng tồn tại đại dương magma trên các hành tinh ngoài hệ Mặt trời. Họ cho thấy một số hành tinh ngoài hệ Mặt trời có thể có lớp phủ nóng chảy. Lớp phủ này có thể tạo thành đại dương magma.

Các nhà khoa học lưu ý rằng nghiên cứu trước đó đã giải thích “độ phản xạ (ánh sáng) bề mặt thấp một cách bí ẩn” của sao Thủy, với dạng than chì của carbon chiếm tới 4% trọng lượng lớp trầm tích bao phủ nền đá hành tinh.

Tuy nhiên, nghiên cứu của họ cho thấy rằng “sự kết hợp ít hơn 1% trọng lượng than chì vi tinh thể và lượng sắt kim loại tương tự là đủ để giải thích hiện tượng”.

"Than chì tinh thể trong lớp vỏ sơ cấp được giả thuyết có thể đã trải qua quá trình biến chất mạnh mẽ, chẳng hạn như va chạm, hoạt động núi lửa và thời tiết vũ trụ”, các nhà khoa học nói.

Theo nghiên cứu, carbon trên sao Thủy “có thể chủ yếu xuất hiện dưới dạng kim cương nano do tác động lâu dài của quá trình biến chất hoặc dưới dạng carbon vô định hình do sự phong hóa không gian của than chì, cả hai đều là giai đoạn làm tối hiệu quả”.

“

Phong hóa là sự biến đổi, thay đổi tính chất của các vật liệu trên bề mặt sao Thủy theo thời gian và qua các sự kiện tác động từ môi trường.

Được sử dụng trong lõi bút chì, than chì là dạng carbon ổn định nhất trên bề mặt sao Thủy. Với áp suất cực cao và nhiệt độ dưới 3.000 độ C, than chì có thể chuyển hóa thành kim cương. Quá trình ngược lại (kim cương chuyển hóa thành than chì) xảy ra trong khoảng 1.000 - 1.600 độ C.

Xiao Zhiyong, tác giả chính nghiên cứu và là giáo sư tại trường Khoa học khí quyển của Đại học Trung Sơn, cho biết hầu hết than chì trên sao Thủy có thể đã biến đổi thành các dạng carbon khác sau hơn 4 tỉ năm phong hóa.

“Nếu lớp vỏ chính của sao Thủy được làm từ than chì, chúng ta có thể tưởng tượng rằng quá trình tiến hóa liên tục trong 4,56 tỉ năm với vô số sự kiện va chạm, trộn lẫn và phá hủy, sẽ chứng kiến hầu hết than chì ban đầu trải qua các thay đổi pha và trở thành các dạng khác, gồm cả kim cương”, ông nói.

Xiao Zhiyong rất mong chờ những phát hiện từ sứ mệnh thứ hai tới sao Thủy, dự kiến ​​đến hành tinh này vào tháng 12.2025. Dữ liệu có độ phân giải cao mà sứ mệnh đó thu thập được có thể giúp các nhà khoa học xác định và nghiên cứu các thiên thạch trên Trái đất đến từ sao Thủy.

Theo Xiao Zhiyong, các thiên thạch nguồn gốc từ sao Thủy có thể đóng vai trò là bằng chứng trực tiếp về thành phần bề mặt hành tinh cho đến khi có thể lấy mẫu từ chính sao Thủy.

Theo Cơ quan Vũ trụ châu Âu, cuộc thám hiểm chung của châu Âu và Nhật Bản mang tên BepiColombo rời Trái đất vào năm 2018. Đây sẽ là sứ mệnh thứ hai quay quanh sao Thủy và là cuộc thám hiểm tiên tiến nhất. Cơ quan này cho biết việc tìm hiểu thêm về hành tinh này sẽ làm sáng tỏ toàn bộ lịch sử của hệ Mặt trời.

Theo Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản, khi ở trên quỹ đạo, tàu thăm dò sẽ quan sát các đặc điểm của sao Thủy như từ trường và môi trường plasma. Những quan sát này sẽ cho phép hiểu rõ hơn về từ trường gần Mặt trời và quá trình hình thành các hành tinh, chẳng hạn Trái đất, như thế nào.