"ดาวพุธ" สุดหรู ! อาจมีชั้นเพชรหนา 15 กิโลเมตรซ่อนลึกอยู่ใต้ชั้นผิว

งานวิจัยชิ้นใหม่เผยว่า "ดาวพุธ" อาจมีชั้นเพชรซ่อนอยู่ใต้พื้นผิว ! ซึ่งข้อมูลนี้อาจช่วยให้มนุษย์เข้าใจเกี่ยวกับองค์ประกอบของดาวพุธ รวมถึงเข้าใจพฤติกรรมสนามแม่เหล็กที่แปลกประหลาดของดาวพุธได้

ดาวพุธเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดในระบบสุริยะ มีสีเข้ม เนื่องจากประกอบด้วยกราไฟต์ ซึ่งเป็นคาร์บอนรูปแบบหนึ่งตามการวิเคราะห์ขององค์การนาซา นักวิทยาศาสตร์คาดว่า ดาวพุธน่าจะก่อตัวขึ้นมาในลักษณะเดียวกับดาวเคราะห์หินดวงอื่น ๆ คือเกิดจากการเย็นตัวของมหาสมุทรแมกมา และมหาสมุทรแมกมาของดาวพุธ อาจจะอุดมไปด้วยคาร์บอนและซิลิเกต 

ในช่วงแรก ๆ แมกมาแข็งตัวภายในและก่อตัวเป็นแกนกลาง (Central Core) หลังจากนั้นแมกมาที่เหลือจะค่อย ๆ ตกผลึกเป็นชั้นแมนเทิลกลาง (Middle Mantle) และชั้นเปลือกบน (Outer Crust) 

ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์คิดว่าอุณหภูมิและความดันของชั้นแมนเทิลนั้นสูงพอที่คาร์บอนจะก่อตัวเป็นกราไฟต์ เนื่องจากกราไฟต์มีความหนาแน่นน้อยกว่าชั้นแมนเทิลจึงลอยขึ้นมาที่พื้นผิว ทำให้ผิวดาวพุธมีสีเข้ม แต่มีงานวิจัยในปี 2019 ที่คาดว่าชั้นแมนเทิล อาจจะมีความลึกหนากว่าที่คาดไว้ก่อนหน้า คือจาก 400 กิโลเมตร เป็น 450 กิโลเมตร ซึ่งจะทำให้ความดันและอุณหภูมิที่ขอบเขตระหว่างแกนกลาง และชั้นแมนเทิลเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้เกิดสภาวะที่คาร์บอนสามารถตกผลึกเป็นเพชรได้ 

สมมุติฐานที่ว่าภายในดาวพุธ อาจเป็นสภาวะที่ทำให้เกิดเพชรได้นี้ อาจช่วยอธิบายหนึ่งในปริศนาของดาวพุธได้ นั่นคือทำไมดาวพุธจึงมี "สนามแม่เหล็ก" ซึ่งหากพิจารณาจากคุณลักษณะของดาวพุธแล้ว ดาวดวงนี้ไม่น่าจะมีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้น เพราะสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ จะถูกสร้างขึ้นในแกนกลางของดาวเคราะห์ด้วยกระบวนการที่เรียกว่า ไดนาโมเอฟเฟ็กต์ (Dynamo Effect) ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อมีความร้อนเพียงพอภายในแกนกลาง ทำให้เหล็กอยู่ในสถานะหลอมเหลวและอยู่ในสภาวะการพาความร้อน (วิธีการเคลื่อนที่ของความร้อนที่เกินขึ้นในของไหล) ส่งผลให้เหล็กหลอมเหลวเกิดการเคลื่อนที่ แต่ดาวพุธนั้นมีขนาดเล็ก นักวิทยาศาสตร์จึงคาดว่าอาจไม่มีเหล็กหลอมเหลว เนื่องจากอาจจะเย็นและแข็งตัวไปนานแล้ว

ด้วยความสงสัยดังกล่าวนี้เอง หยานห่าว หลิน (Yanhao Lin) นักวิทยาศาสตร์ประจำศูนย์วิจัยขั้นสูงด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแรงดันสูงในปักกิ่ง ประเทศจีน จึงได้ร่วมมือกับ โอลิเวียร์ นามูร์ (Olivier Namur) รองศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยเคยูเลอเวิง ประเทศเบลเยียม ทำการทดลองขึ้นมา โดยตั้งสมมุติฐานว่า เพชรอาจก่อตัวขึ้นมาได้จาก 2 กระบวนการ คือ 

1. ตกผลึกมาจากมหาสมุทรแมกมา แต่กระบวนการนี้ส่วนใหญ่จะทำให้เกิดชั้นเพชรบาง ๆ ที่บริเวณรอยต่อระหว่างชั้นแกนกลาง (Core) กับชั้นแมนเทิล (Mantle) เท่านั้น 

2. คือการตกผลึกของแกนโลหะของดาวพุธ

เพื่อศึกษาความเป็นไปได้นี้ ทีมนักวิจัยจึงได้พัฒนาสารเคมีซึ่งมีส่วนประกอบเป็นเหล็ก ซิลิกา และคาร์บอน คล้ายกับองค์ประกอบของอุกกาบาตบางชนิด และเชื่อว่าเป็นส่วนประกอบที่เลียนแบบมหาสมุทรแมกมาของดาวพุธ ในช่วงที่ยังเป็นดาวเคราะห์ที่เพิ่งก่อตัวช่วงแรก ๆ จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้เติมเหล็กซัลไฟด์ลงไปในสารเคมีดังกล่าวด้วย เพื่อให้ได้ส่วนประกอบ ที่มีความใกล้เคียงกับแมกมาของดาวพุธมากที่สุด เนื่องจากพื้นผิวของดาวพุธในปัจจุบันก็อุดมไปด้วยซัลเฟอร์เช่นกัน 

จากนั้นทีมวิจัยได้สร้างสภาพแวดล้อมจำลองที่มีอุณหภูมิสูงถึง 1,970 องศาเซลเซียส และใช้ทั่งกด ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สร้างแรงกดดันสูงพิเศษภายในปริมาตรเล็ก ๆ เพื่อใช้บดส่วนผสมทางเคมีด้วยแรงดัน 7 กิกะปาสคาล ซึ่งสูงกว่าแรงดันบรรยากาศของโลกที่ระดับน้ำทะเลประมาณ 70,000 เท่า เพื่อเป็นการจำลองสภาวะที่อยู่ลึกลงไปในดาวพุธ จากนั้นเพื่อผลลัพธ์ที่แม่นยำมากขึ้น นักวิจัยยังใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อวัดความดันและอุณหภูมิที่รอยต่อระหว่างชั้นแกนกลาง และชั้นแมนเทิลของดาวพุธอีกด้วย

เมื่อตัวอย่างละลาย นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบแร่ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ผลลัพธ์พบว่าแกรไฟต์ได้เปลี่ยนเป็นผลึกเพชร นักวิทยาศาสตร์ยังได้อธิบายเพิ่มเติมว่า เมื่อเติมซัลเฟอร์ลงไป จะทำให้สารเคมีแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงกว่าที่คาดไว้มาก ซึ่งอุณหภูมิที่สูงนี้สร้างสภาวะที่น่าจะเกิดการก่อตัวของเพชรมากกว่าคาร์บอนในรูปแบบอื่น ๆ 

นอกจากนี้ แบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ยังพบว่าในสภาวะที่มีซัลเฟอร์สูง เพชรอาจจะตกผลึก เมื่อแกนในของดาวพุธแข็งตัว ทั้งนี้เพชรมีความหนาแน่นน้อยกว่าแกนกลาง พวกมันจึงลอยขึ้นไปจนถึงขอบเขตระหว่างแกนกลางและเนื้อโลก ซึ่งหากความจริงเป็นไปตามแบบจำลอง รอบเขตแกนกลางของดาวพุธจะมีชั้นเพชรหนาประมาณ 15 กิโลเมตรเลยทีเดียว แต่แม้จะเป็นไปตามแบบจำลอง ก็เป็นเรื่องยากที่จะเข้าถึงเพชรเหล่านี้ เพราะมันวางตัวอยู่ใต้ผิวดาวพุธลึกลงไปประมาณ 485 กิโลเมตร

อย่างไรก็ตามแบบจำลองชั้นเพชรของดาวพุธนี้ อาจไม่ได้มีเป้าหมายเพื่อหาอัญมณีมาใช้ แต่เป็นหลักฐาน ที่อาจจะช่วยอธิบายสนามแม่เหล็กของดาวพุธ โดยทีมวิจัยระบุว่า เพชรอาจจะช่วยถ่ายเทความร้อนระหว่างแกนกลางและชั้นแมนเทิล ทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิ และทำให้เหล็กเหลวหมุนวนจนสร้างสนามแม่เหล็กบนดาวพุธขึ้นมาได้ นอกจากนี้ แบบจำลองนี้ยังอาจสามารถนำไปช่วยอธิบายวิวัฒนาการของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอื่น ๆ ที่อุดมไปด้วยคาร์บอนได้อีกด้วย

ที่มาข้อมูล Livescience

ที่มารูปภาพ Reuters