الماس تحت سطح عطارد: اكتشافات مدهشة

طبقة الألماس تحت سطح كوكب عطارد

وفقاً لبحث جديد، يمكن أن تكون طبقة من الألماس يصل سمكها إلى 18 كيلومتراً (11 ميلاً) مدسوسة تحت سطح عطارد، أصغر كواكب النظام الشمسي وأقربها إلى الشمس.

تاريخ تشكل الألماس في عطارد

ربما تكون طبقة الألماس قد تشكلت بعد فترة وجيزة من التحام عطارد نفسه إلى كوكب قبل حوالي 4.5 مليار سنة من سحابة دوامة من الغبار والغاز، في بوتقة بيئة عالية الضغط والحرارة. في ذلك الوقت، يُعتقد أن الكوكب الوليد كان يحتوي على قشرة من الجرافيت تطفو فوق محيط عميق من الصهارة.

تجارب العلماء لمحاكاة الظروف الداخلية

قام فريق من الباحثين بإعادة خلق تلك البيئة الحارقة في تجربة، باستخدام آلة تسمى مكبس السندان التي تُستخدم عادةً لدراسة سلوك المواد تحت الضغط الشديد، وكذلك لإنتاج الماس الاصطناعي.

وقال برنارد شارلييه، رئيس قسم الجيولوجيا في جامعة لييج في بلجيكا والمؤلف المشارك في دراسة نشرت النتائج: "إنها مكبس ضخم، يمكّننا من إخضاع عينات صغيرة جداً تحت نفس الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية التي نتوقعها في أعماق عباءة عطارد، عند الحد الفاصل بين الوشاح واللب."

أدخل الفريق مزيجاً اصطناعياً من العناصر - بما في ذلك السيليكون والتيتانيوم والمغنيسيوم والألمنيوم - داخل كبسولة من الجرافيت، في محاكاة للتركيب النظري لباطن عطارد في أيامه الأولى. ثم قام الباحثون بعد ذلك بتعريض الكبسولة لضغوط أكبر بحوالي 70,000 مرة من تلك الموجودة على سطح الأرض ودرجات حرارة تصل إلى 2,000 درجة مئوية (3,630 درجة فهرنهايت)، مما يحاكي الظروف التي من المحتمل أن تكون موجودة بالقرب من قلب عطارد منذ مليارات السنين.

بعد ذوبان العينة، نظر العلماء إلى التغيرات في الكيمياء والمعادن تحت المجهر الإلكتروني ولاحظوا أن الجرافيت قد تحول إلى بلورات ألماس.

ويقول الباحثون إن هذه الآلية لا يمكن أن تعطينا المزيد من المعلومات عن الأسرار المخبأة تحت سطح عطارد فحسب، بل عن تطور الكواكب والبنية الداخلية للكواكب الخارجية ذات الخصائص المماثلة.

عطارد الغامض

خصائص كوكب عطارد

عطارد هو ثاني أكثر الكواكب كثافة بعد الأرض. تشغل نواة معدنية كبيرة 85% من نصف قطر عطارد، وهو أيضاً أقل الكواكب الأرضية استكشافاً من بين كواكب النظام الشمسي. كانت آخر بعثة مكتملة إلى عطارد هي بعثة ناسا "ميسنجر" (MESSENGER) التي دارت حول الكوكب بين مارس 2011 وأبريل 2015. وكانت تُعرف أيضاً باسم بعثة عطارد السطحية والبيئة الفضائية والكيمياء الجيولوجية والكيمياء الفضائية والمدى، وجمعت بيانات عن جيولوجيا الكوكب وكيميائه ومجاله المغناطيسي، قبل أن ينفد وقود المركبة الفضائية وتصطدم بالسطح.

الكربون والجرافيت على سطح عطارد

وقال ياناو لين، وهو عالم في مركز الأبحاث المتقدمة لعلوم الضغط العالي والتكنولوجيا المتقدمة في بكين ومؤلف مشارك في الدراسة التي ظهرت في يونيو في مجلة Nature Communications: "نحن نعلم أن هناك الكثير من الكربون على شكل جرافيت على سطح عطارد، ولكن هناك عدد قليل جداً من الدراسات حول داخله".

"قال شارلييه: "بالمقارنة مع القمر أو المريخ، نحن نعرف القليل جداً عن عطارد، وذلك أيضاً لأننا لا نملك أي عينات من سطح الكوكب. وأضاف أن كوكب عطارد يختلف عن جميع الكواكب الأرضية الأخرى، لأنه قريب جداً من الشمس، وبالتالي يحتوي على كمية منخفضة جداً من الأكسجين، مما يؤثر على كيمياء الكوكب.

ومن بين النتائج التي توصل إليها المسبار MESSENGER حقيقة أن عطارد غني بالكربون وسطحه رمادي اللون بسبب الوجود الواسع النطاق للجرافيت، وهو أحد أشكال الكربون. ويتكون الماس أيضاً من الكربون النقي الذي يتكون تحت ظروف ضغط ودرجة حرارة محددة. وأراد الباحثون معرفة ما إذا كان من الممكن أن تكون هذه العملية قد حدثت أثناء تكوين الكوكب.

دور الكبريت في تكوين الألماس

عندما كان لين وشارلييه وزملاؤهما يعدون التجربة لمحاكاة باطن كوكب عطارد بعد فترة وجيزة من تشكل الكوكب، كان أحد العناصر الحاسمة هو معرفة أن الكبريت موجود أيضاً على كوكب عطارد، كما أظهرت الأدلة من الدراسات السابقة. وقال شارلييه: "لقد اكتشفنا أن الظروف مختلفة عن الأرض لأن هناك الكثير من الكبريت على عطارد، مما قلل من درجة انصهار العينة التي أجريناها".

"لقد انصهرت بالكامل عند درجة حرارة أقل مقارنة بنظام خالٍ من الكبريت، وهو أمر جيد لاستقرار الماس، لأن الماس يحب الضغط العالي ولكن بدرجة حرارة أقل. وهذا هو ما تخبرنا به تجاربنا بشكل أساسي - محيط الصهارة في عطارد أبرد مما كان متوقعاً، وأعمق أيضاً كما نعلم من إعادة تفسير القياسات الجيوفيزيائية"، مشيراً إلى بيانات أيضاً من MESSENGER.

هذان العاملان، وفقاً للدراسة، هما ما يجعل تكوين الماس ممكناً.

تقديرات سُمك طبقة الألماس

يحذر شارلييه من أن سُمك طبقة الألماس، الذي يتراوح بين 15 و 18 كيلومتراً (9.3 و 11.1 ميلاً)، هو مجرد تقدير، وقد يتغير لأن عملية تكوين الألماس لا تزال مستمرة مع استمرار برودة نواة عطارد.

ومن المستحيل أيضاً معرفة حجم الألماس المنفرد. "ليس لدينا أي فكرة عن حجمها، لكن الألماس مصنوع من الكربون فقط، لذا يجب أن تكون مشابهة لما نعرفه على الأرض بالنسبة لتركيبها. ستبدو مثل الألماس النقي."

إمكانية استخراج الألماس من عطارد

هل يمكن استخراج الألماس؟ وفقاً لشارلييه، سيكون ذلك مستحيلاً حتى مع التقنيات المستقبلية الأكثر تقدماً، لأنها على عمق حوالي 500 كيلومتر (310 أميال). "ومع ذلك، فقد تشكلت بعض الحمم على سطح عطارد عن طريق ذوبان الوشاح العميق جداً. ومن المنطقي أن نعتبر أن هذه العملية قادرة على جلب بعض الماس إلى السطح، قياسا على ما يحدث على الأرض".

و أوضح شارلييه أن عملية تكوين الماس هذه قد تحدث على بعض الكواكب الخارجية التي نكتشفها في مجرتنا، إذا كانت كيمياءها منخفضة في الأكسجين أيضاً مثل كوكب عطارد. وقال: "إذا كان الكوكب الخارجي أصغر من عطارد، فإن الحدود بين النواة والوشاح ستكون ضحلة جداً وسيكون الضغط منخفضاً جداً، مما يمنع تكوين الماس". "لكن الحجم بين عطارد والأرض، بالإضافة إلى انخفاض الأكسجين، هي ظروف مواتية للحصول على الماس."

بعثة BepiColombo ودراسات المستقبل

قد يعرف العلماء المزيد قريباً. من المتوقع أن تقوم بعثة تسمى BepiColombo - مكونة من مركبتين فضائيتين تم إطلاقهما في أكتوبر 2018 - بإجراء عملية إدخال في مدار عطارد في ديسمبر 2025 بعد إجراء سلسلة من التحليقات. ستدرس البعثة، التي تقودها وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة استكشاف الفضاء اليابانية، الكوكب من المدار وتكشف الكثير عن باطنه وخصائصه.

سُمي هذا التعاون تيمناً بالعالم الإيطالي جوزيبي "بيبي" كولومبو، الذي اخترع مناورة "مساعدة الجاذبية" التي تُستخدم عادةً لإرسال المسابير إلى الكواكب الأخرى.

"قال شارلييه: "يمكن لـ BepiColombo تحديد الكربون الموجود على السطح وتحديد حجمه، وكذلك تحديد ما إذا كان هناك ألماس على السطح أو المزيد من الجرافيت. "لم يكن هذا ممكناً مع MESSENGER، وستكون القياسات أيضاً أكثر دقة، مما يعطينا تقديرات أفضل لعمق الحدود بين اللب والوشاح. سنكون قادرين على اختبار فرضيتنا مرة أخرى."

التحديات أمام البعثات المستقبلية

قال شون سولومون، الباحث الرئيسي في بعثة ناسا "ميسنجر" إلى عطارد وكبير علماء الأبحاث المساعد في جامعة كولومبيا في مدينة نيويورك، إن هذه الفكرة تمثل "فكرة مثيرة للاهتمام"، ولكن سيكون من الصعب على البعثات المستقبلية إلى عطارد أن تكون قادرة على تأكيدها. وقال في رسالة بالبريد الإلكتروني: "أي طبقة ماسية من هذا القبيل عميقة ورقيقة نسبياً". لم يشارك سولومون في الدراسة.

قال سولومون: "ربما تكون التقنية الواعدة هي علم الزلازل، لأن سرعات الموجات الزلزالية في الماس أعلى بكثير من تلك الموجودة في صخور الوشاح أو المواد الأساسية، لكن القياسات الزلزالية ستتطلب مركبة أو أكثر من مركبات الهبوط طويلة العمر على سطح عطارد". كانت مهمة "بيبي كولومبو"، وهي المهمة الوحيدة المخطط لها حالياً للوصول إلى عطارد، في الأصل مركبة هبوط، ولكن تم إيقافها بسبب قيود الميزانية.

أهمية الدراسة لفهم البنية الداخلية للكواكب

وقال فيليبي غونزاليز، عالم الفيزياء النظرية في قسم علوم الأرض والكواكب في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، الذي لم يشارك أيضاً في هذا العمل، إن الدراسة تمثل خطوة مهمة إلى الأمام في فهمنا للداخلية الكوكبية وكيفية تشكلها وتطورها. ويعتقد أيضًا أن الدراسات متعددة التخصصات مثل هذه الدراسة تحمل مفتاحًا لمعالجة المشاكل المعقدة التي نواجهها في العلوم اليوم.

الآلية المقترحة لتشكل الألماس

وأضاف غونزاليز أن الآلية المقترحة التي تتشكل من خلالها هذه الطبقة الماسية معقولة، لكنها لا تزال تعتمد إلى حد كبير على افتراضاتنا حول باطن كوكب عطارد. وقال عبر البريد الإلكتروني: "في حين أنه تم وضع قيود جيدة جداً على مر السنين ونحن ندرس هذا الكوكب بشكل أعمق، إلا أننا لا نستطيع سوى تقريب تكوينه في نماذجنا وتجاربنا من القياسات غير المباشرة".

وأضاف غونزاليز: "ومع ذلك، لا تزال هذه الدراسة تمثل أفضل ما يمكننا القيام به بما لدينا حاليًا". "فقط البعثات المستقبلية إلى كوكب عطارد هي التي ستحدد ما إذا كانت هذه التنبؤات صحيحة. في الوقت الراهن، يمكننا التركيز على تحسين فهمنا للمواد في هذه الظروف القاسية من خلال إجراء المزيد من المحاكاة والتجارب الأفضل في مختبراتنا."