지구와 아주 가까운 태양계에서 다이아몬드로 가득 찬 행성이 발견됐습니다.

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수성은 15km 두께의 다이아몬드 층을 포함하고 있을 수 있습니다.

Hành tinh nào chứa đầy kim cương lộ diện ngay trong Hệ Mặt Trời, rất gần Trái Đất?- Ảnh 2. — 수성은 태양계에서 가장 작은 행성이며, 태양에 가장 가깝습니다(사진: Shutterstock).

수성은 신비로 가득 찬 행성이다. 예를 들어, 수성의 자기장은 지구의 자기장보다 훨씬 약하지만 연구자들은 수성이 너무 작고 지질학적으로 활동이 없는 것으로 보이기 때문에 그런 자기장이 존재할 것이라고 예상하지 못했습니다. 수성은 또한 메신저 임무에서 흑연, 즉 탄소의 한 형태로 확인된 이상하게 어두운 표면을 가지고 있습니다. 이러한 특징은 베이징 고압과학기술연구센터의 과학자이자 본 연구의 공동 저자인 얀하오 린의 호기심을 자극했습니다. Live Science는 7월 18일 수성의 탄소 함량이 엄청나게 높아서 행성 내부에 특별한 것이 있을 것이라는 추측을 하게 되었다고 보도했습니다.

과학자들은 수성이 다른 암석 행성과 마찬가지로 뜨거운 마그마 바다가 식으면서 형성되었을 것이라고 추측합니다. 수성의 경우, 이 바다는 탄소와 규산염이 풍부할 가능성이 높습니다. 먼저, 금속은 바다 속에서 응집되어 중심 핵을 형성했고, 남아 있던 마그마는 결정화되어 행성의 중간 맨틀과 바깥 지각을 형성했습니다.

오랜 세월 연구자들은 맨틀의 온도와 압력이 탄소가 맨틀보다 가벼운 흑연을 형성하고 지구 표면으로 떠내려오기에 충분히 높다고 생각했습니다. 하지만 2019년 연구에 따르면 수성의 맨틀은 이전에 생각했던 것보다 50km 더 깊을 수 있다고 합니다. 이로 인해 핵과 맨틀 경계의 온도와 압력이 극적으로 증가하여 탄소가 다이아몬드로 합쳐질 수 있는 조건이 조성됩니다.

이러한 가능성을 조사하기 위해 린을 포함한 벨기에와 중국의 연구진은 철, 실리카, 탄소의 화학적 혼합물을 테스트했습니다. 이 혼합물은 일부 운석의 구성과 비슷하며, 수성 초기의 마그마 바다를 시뮬레이션한 것입니다. 연구팀은 또한 혼합물에 다양한 양의 황화철을 넣었습니다. 그들은 수성의 표면이 오늘날 유황이 풍부하기 때문에 마그마 바다에 많은 유황이 포함되어 있었을 것이라고 추측합니다.

Hành tinh nào chứa đầy kim cương lộ diện ngay trong Hệ Mặt Trời, rất gần Trái Đất?- Ảnh 3. — 초기 수성 내부(왼쪽)와 맨틀 최하부에 다이아몬드 층이 존재하는 오늘날의 모습 - 사진: Yanhao Lin/Bernard Charlie

Lin과 그의 동료들은 다층 프레스를 사용하여 화학 혼합물을 7기가파스칼의 압력, 해수면에서 지구 대기의 약 70,000배, 그리고 최대 1,970도 섭씨의 온도에 노출시켰습니다. 이러한 극한의 조건은 수성 깊숙한 곳의 조건을 시뮬레이션합니다. 또한 연구진은 컴퓨터 모델을 사용하여 수성의 맨틀과 핵 사이 경계의 온도와 압력을 보다 정확하게 측정하고 흑연이나 다이아몬드가 안정을 이루는 물리적 조건을 시뮬레이션했습니다. 그 컴퓨터 모델은 행성의 기본적인 내부 구조를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

실험 결과 올리빈과 같은 광물은 맨틀에서 형성될 가능성이 더 높은 것으로 나타났습니다. 그러나 연구팀은 화학 혼합물에 유황을 첨가하면 혼합물이 더 높은 온도에서만 굳어진다는 사실을 발견했습니다. 이러한 조건은 다이아몬드 형성에 더욱 적합합니다. 사실, 연구자들의 컴퓨터 시뮬레이션은 새로운 조건 하에서 수성의 내핵이 굳어짐에 따라 다이아몬드가 결정화될 수 있다는 것을 보여줍니다. 계산에 따르면 다이아몬드는 평균 두께가 약 15km인 층을 형성합니다.

하지만 위의 다이아몬드를 채굴하는 것은 불가능합니다. 지구의 극한 기온 외에도 다이아몬드는 지표 아래 약 300마일 깊이에 있어 채굴하기에는 너무 깊습니다. 하지만 이들은 수성의 자기장에 있어서 중요합니다. 다이아몬드는 핵과 맨틀 사이에 열을 전달하여 온도차를 만들고 액체 철을 회전하게 만들 수 있는데, 이로 인해 자기장이 형성된다고 린은 설명했습니다.