Obraz radarowy północnego regionu polarnego Merkurego pokazano na mozaice obrazów MESSENGERa z tego samego obszaru. Źródło: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington / National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory
Ponad 20 lat temu w regionie Merkurego zaobserwowano materiały radarowo jasne w regionie polarnym północy i od tego czasu naukowcy postulowali, że lód wodny może kryć się w regionach trwale zacienionych. Najnowsze dane ze statku kosmicznego MESSENGER - obecnie krążącego wokół planety najbliżej Słońca - potwierdzają, że Merkury rzeczywiście utrzymuje lód wodny, a także materiał organiczny w trwale zacienionych kraterach na biegunie północnym. Naukowcy stwierdzili dziś, że Merkury może pomieścić od 100 miliardów do 1 biliona ton wody lodowej na obu biegunach, a lód może mieć głębokość do 20 metrów w niektórych miejscach. Dodatkowo intrygujący ciemny materiał pokrywający lód może zawierać inne substancje lotne, takie jak substancje organiczne.
Zespół MESSENGER opublikował w tym tygodniu trzy artykuły w czasopiśmie Science, które przedstawiają trzy nowe linie dowodów, że lód wodny dominuje elementy wewnątrz kraterów na biegunie północnym Merkurego.
„Lód wodny przeszedł trzy trudne testy i nie znamy żadnego innego związku, który pasowałby do cech, które mierzyliśmy za pomocą statku kosmicznego MESSENGER” - powiedział dziś główny instruktor MESSENGER Sean Solomon. „Odkrycia te ujawniają bardzo ważny rozdział historii, w której lód wodny był dostarczany na wewnętrzne planety przez komety i bogate w wodę asteroidy w czasie”.
MESSENGER przybył do Merkurego w zeszłym roku, a dane z spektrometru neutronowego statku kosmicznego i wysokościomierza laserowego zostały wykorzystane do obserwacji na biegunie północnym planety.
Warstwa lodu wodnego o grubości kilku metrów jest zilustrowana na biało. Obfite atomy wodoru w lodzie powstrzymują neutrony przed ucieczką w kosmos. Charakterystyczną cechą podwyższonych stężeń wodoru (a co za tym idzie, lodu wodnego) jest spadek szybkości wykrywania neutronów z planety przez MESSENGER. Źródło: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Spektroskopia neutronowa mierzy średnie stężenia wodoru w jasnych radarowo regionach Merkurego, a naukowcy byli w stanie uzyskać stężenia lodu wodnego na podstawie pomiarów wodoru.
„Dane neutronowe wskazują, że jasne pokłady polarne Merkurego zawierają średnio bogatą w wodór warstwę o grubości większej niż dziesiątki centymetrów pod powierzchnią o grubości od 10 do 20 centymetrów, która jest mniej bogata w wodór”, powiedział David Lawrence, Uczestniczący w projekcie MESSENGER naukowiec z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i główny autor jednego z artykułów. „Zakopana warstwa ma zawartość wodoru zgodną z prawie czystym lodem wodnym.”
To zdjęcie pokazuje światło słoneczne docierające do dna i krawędzi krateru Prokofiewa. Części krawędzi i wnętrza skierowane na północ pozostają w wiecznym cieniu, podobnie jak wiele innych kraterów. Kliknij na zdjęcie, obejrzyj film, który symuluje około połowę słonecznego dnia Merkurego (176 dni ziemskich) i wykorzystuje cyfrowy model terenu uzyskany z pomiarów MLA. Źródło: NASA Goddard Space Flight Center / Massachusetts Institute of Technology / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington.
Dane z wysokościomierza laserowego Mercury firmy MESSENGER (MLA) - który wystrzelił ponad 10 milionów impulsów laserowych w Merkurego w celu stworzenia szczegółowych map topografii planety - potwierdzają wyniki radaru i pomiary spektrum neutronowego w obszarze polarnym Merkurego. Gregory Neumann z NASA Goddard Flight Center, główny autor drugiego artykułu, powiedział, że zespół wykorzystał dane topograficzne do opracowania modeli oświetlenia dla kraterów północnego bieguna Merkurego, ujawniając nieregularne ciemne i jasne osady o długości fali bliskiej podczerwieni w pobliżu bieguna północnego Merkurego.
„Prawdziwą niespodzianką jest to, że ciemne obszary otaczają jasne obszary, które są bardziej wszechobecne niż jasne obszary radarowe” - powiedział Neumann podczas czwartkowej odprawy. „Są kocem, który chroni jasne substancje lotne znajdujące się pod nimi.”
Neumann powiedział, że uderzenia komet lub asteroid bogatych w lotne substancje mogły zapewnić zarówno ciemne, jak i jasne złoża, co potwierdził trzeci artykuł pod kierunkiem Davida Paige z University of California, Los Angeles.
Paige i jego koledzy dostarczyli pierwsze szczegółowe modele temperatur powierzchniowych i powierzchniowych północnych regionów polarnych Merkurego, które wykorzystują rzeczywistą topografię powierzchni Merkurego zmierzoną za pomocą MLA. Pomiary „pokazują, że rozkład przestrzenny obszarów dużego rozproszenia wstecznego radaru jest dobrze dopasowany do przewidywanego rozkładu termicznie stabilnego lodu wodnego”, powiedział.
Mapa „wiecznej zmarzliny” na rtęci pokazująca obliczone głębokości pod powierzchnią, na których przewiduje się, że lód wodny będzie stabilny termicznie. Szare obszary to regiony zbyt ciepłe na wszystkich głębokościach, aby zapewnić stabilny lód wodny. Kolorowe obszary są wystarczająco zimne, aby lód pod powierzchnią był stabilny, a białe obszary są wystarczająco narażonym na zimno lodem powierzchniowym, aby był stabilny. Wyniki modelu termicznego przewidują obecność lodu powierzchniowego i podpowierzchniowego w tych samych miejscach, w których są obserwowane przez radar ziemski i obserwacje MLA. Źródło: NASA / UCLA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Według Paige ciemny materiał jest prawdopodobnie mieszanką złożonych związków organicznych dostarczonych do Merkurego w wyniku uderzenia komet i bogatych w lot asteroid, tych samych obiektów, które prawdopodobnie dostarczyły wodę do najbardziej wewnętrznej planety. Materiał organiczny mógł zostać jeszcze bardziej zaciemniony przez ekspozycję na ostre promieniowanie na powierzchni Merkurego, nawet w obszarach stale zacienionych.
Ten ciemny materiał izolacyjny jest nowym i intrygującym fragmentem historii Merkurego, którą MESSENGER próbuje rozwikłać, powiedział Solomon, i stawia pytania o to, jakie rodzaje substancji organicznych można tam znaleźć. Solomon dodał, że Merkury może teraz stać się przedmiotem zainteresowania astrobiologii, ale stwierdził w nieokreślony sposób, że żaden z naukowców nie uważa, że na Merkurym istnieje życie. Może to jednak dostarczyć informacji o powstaniu substancji organicznych na Ziemi.
Ponadto naukowiec powiedział, że istnieje zerowa szansa na płynną wodę na Merkurym, nawet jeśli temperatury w niektórych regionach sprzyjają ciekłej wodzie. Ale bez atmosfery na Merkurym woda nie utrzymywałaby się długo. „To naprawdę lód lub para naprawdę szybko”, powiedział Paige.
Ten schemat orbity MESSENGER ilustruje niektóre wyzwania związane z uzyskaniem obserwacji północnego regionu polarnego Merkurego. Źródło: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Salomon powiedział, że uzyskanie tych pomiarów nie było łatwe i nie było szybkie. „Nawet na najwyższych szerokościach geograficznych osiągniętych przez MESSENGERA statek kosmiczny musi patrzeć pod kątem ukośnym, aby spojrzeć na regiony polarne północne” - powiedział.
Podczas swojej głównej misji orbitalnej MESSENGER znajdował się na 12-godzinnej orbicie i znajdował się na wysokości od 244 do 640 km w najbardziej wysuniętym na północ punkcie trajektorii. Od kwietnia 2012 r. MESSENGER znajduje się na 8-godzinnej orbicie, jak pokazano powyżej, i znajduje się na wysokości od 311 do 442 km w najbardziej wysuniętym na północ punkcie jego trajektorii. Nawet z tych dużych szerokości geograficznych złoża polarne Merkurego wypełniają tylko niewielką część pola widzenia wielu instrumentów MESSENGERA.
Jednak pomimo wyzwań, powiedział Solomon, półtora roku MESSENGER na orbicie dało teraz wyraźne wyniki.
Źródła: MESSENGER, NASA
