태양계에서 지구와 아주 가까운 곳에 다이아몬드로 가득 찬 행성이 발견됐나요?

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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 미스터리로 가득한 행성입니다. 예를 들어, 수성의 자기장은 지구보다 훨씬 약하지만, 과학자들은 수성이 너무 작고 지질학적으로 비활성적인 것처럼 보이기 때문에 수성의 존재를 예상하지 못했습니다. 메신저호는 수성 표면에 특이하게 어두운 부분을 발견했는데, 이는 탄소의 한 형태인 흑연으로 확인되었습니다. 이는 베이징 고압과학기술연구센터의 과학자 이자 이 연구의 공동 저자인 얀하오 린의 호기심을 자극했습니다. 라이브 사이언스(Live Science)는 7월 18일 수성의 매우 높은 탄소 함량을 보고, 수성 내부에 특별한 무언가가 존재할 가능성을 제기했습니다.

과학자들은 수성이 다른 암석 행성들처럼 뜨거운 마그마 바다가 식으면서 형성되었을 것으로 추정합니다. 수성의 경우, 바다에는 탄소와 규산염이 풍부했을 가능성이 높습니다. 금속은 먼저 바다 속에서 합쳐져 행성의 핵을 형성했고, 남은 마그마는 행성의 중간 맨틀과 외각을 형성했습니다.

수년 동안 과학자들은 맨틀의 온도와 압력이 탄소가 맨틀보다 가벼운 흑연을 형성하여 지구 표면으로 떠오를 수 있을 만큼 충분히 높다고 생각했습니다. 그러나 2019년 연구에 따르면 수성의 맨틀은 기존 추정치보다 50km 더 깊을 수 있습니다. 이는 핵-맨틀 경계의 온도와 압력을 크게 증가시켜 탄소가 다이아몬드를 형성할 수 있는 조건을 조성할 것입니다.

이러한 가능성을 조사하기 위해 린을 포함한 벨기에와 중국 연구진은 철, 실리카, 탄소의 화학적 혼합물을 실험했습니다. 일부 운석의 구성과 유사한 이 혼합물은 초기 수성의 마그마 바다를 시뮬레이션했습니다. 연구팀은 또한 이 혼합물에 다양한 양의 황화철을 첨가했습니다. 오늘날 수성 표면에도 황이 풍부하므로, 연구팀은 마그마 바다에도 황이 풍부했을 것이라고 추정했습니다.

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 현재 수성 맨틀 최하부에 다이아몬드 층이 존재하는 모습 - 사진: Yanhao Lin/Bernard Charlie

린과 그의 동료들은 다층 프레스를 사용하여 이 화학 혼합물에 7기가파스칼(해수면 기준 지구 대기압의 약 7만 배)의 압력과 최대 화씨 3,600도(섭씨 1,970도)의 온도를 가했습니다. 이러한 극한의 조건은 수성 내부 심부의 조건을 모방한 것입니다. 또한, 연구진은 컴퓨터 모델을 사용하여 수성 맨틀과 핵 경계의 온도와 압력을 더욱 정확하게 측정하고 흑연이나 다이아몬드가 안정될 수 있는 물리적 조건을 시뮬레이션했습니다. 이 컴퓨터 모델링은 수성의 근본적인 내부 구조를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

실험 결과, 올리빈과 같은 광물은 맨틀에서 형성될 가능성이 더 높았습니다. 그러나 연구팀은 화학 혼합물에 황을 첨가하면 더 높은 온도에서만 경화된다는 사실도 발견했습니다. 이러한 조건은 다이아몬드 형성에도 더 적합합니다. 실제로 연구진의 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 새로운 조건에서 수성의 내핵이 굳어짐에 따라 다이아몬드가 결정화될 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 계산 결과, 다이아몬드는 평균 두께 약 15km의 층을 형성하는 것으로 나타났습니다.

하지만 다이아몬드 채굴은 불가능할 것입니다. 행성의 극한 온도 외에도, 다이아몬드는 지표면 아래 약 480km 깊이에 있어 채굴하기에는 너무 깊습니다. 하지만 다이아몬드는 수성의 자기장에 매우 중요합니다. 린은 다이아몬드가 핵과 맨틀 사이의 열 전달을 도와 액체 철이 회전하도록 하는 온도 기울기를 형성하고, 이는 다시 자기장을 형성할 수 있다고 설명했습니다.