У Меркурия практически отсутствует атмосфера. Но определенное количество молекул вокруг него все же есть. Недавно ученые обнаружили в их числе щелочной металл литий.
Открытие лития в экзосфере
С помощью новейшей технологии обнаружения магнитных волн в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, впервые был найден литий в экзосфере Меркурия.
Экзосфера Меркурия — это нестабильная среда, где молекулы газа разрежены и редко взаимодействуют между собой. С 1970-х годов космические аппараты Mariner 10 и позже MESSENGER вращались вокруг Меркурия, собирая данные.
Открытие щелочных металлов, таких как калий и натрий, побудило ученых предположить, что, исходя из современных представлений о формировании планет, должны существовать и другие щелочные металлы, например, литий.
В течение многих лет большинство попыток не давали результатов, что свидетельствовало о том, что литий может присутствовать в экзосфере в очень низких концентрациях.
Исследовательская группа под руководством Даниэля Шмидта из Австрийской академии наук подошла к поискам с новой стороны. Вместо того чтобы непосредственно искать атомы лития, они использовали измерение магнитного поля для обнаружения электромагнитной волны, которая называется циклотронной волной ионов (ICW) и указывает на наличие лития.
Ионизация атомов лития и измерение магнитного поля
ICW образуются в результате многочисленных физических процессов, происходящих на поверхности Меркурия и его атмосфере.
Когда нейтральные атомы лития поднимаются с поверхности Меркурия в космос, они сталкиваются с интенсивным ультрафиолетовым излучением Солнца. Это излучение отрывает электроны от атомов лития, превращая их в заряженные ионы.
Эти вновь образовавшиеся ионизированные частицы подхватываются солнечным ветром — постоянным потоком заряженных частиц, исходящим из Солнца. Когда солнечный ветер подхватывает эти свежие ионы лития, он создает нестабильность в окружающей плазме. Разница в скорости между свежеобразованными ионами лития и частицами солнечного ветра является причиной возникновения электромагнитных волн, распространяющихся в космосе.
Волны производят характерный сигнал. Они колеблются с частотой литиевого ионного циклотрона — характерной частотой, полностью определяемой уникальным соотношением массы к заряду лития и силой местного магнитного поля. Это похоже, что каждый элемент имеет свой собственный электромагнитный отпечаток.
Исследовательская группа проанализировала данные о магнитном поле, собранные за четыре года работы зонда Messenger, и выявила 12 независимых случаев появления ICW. Каждый из этих случаев длился всего несколько десятков минут, но дал возможность кратковременно наблюдать за высвобождением лития в разреженную атмосферу Меркурия.
Метеоритная бомбардировка
Спорадический и кратковременный характер этих обнаружений дал важные подсказки о происхождении лития. Исследователи исключили медленные процессы, в частности термический нагрев и постоянную бомбардировку солнечным ветром. Вместо этого все признаки указывают на взрывные, быстротечные события — например, удары метеоритов.
Когда метеороиды ударяются по поверхности Меркурия со скоростью около 110 км в секунду, они создают взрывные удары, которые испаряют как входную породу, так и поверхностный материал Меркурия. Удары создают облака пара, нагретые до 2500–5000 кельвинов, что достаточно высокой температурой, чтобы поднять атомы лития в экзосферу Меркурия.
Исследователи оценили, что метеороиды, ответственные за обнаружение лития, имели радиус от 13 до 21 см, а их масса составляла от 28 000 до 120 000 граммов. Примечательно, что эти удары могут улетучиваться примерно в 150 раз больше поверхностного материала, чем собственная масса метеороида.
Новый взгляд на историю Меркурия
Эти открытия ставят под вопрос традиционные представления о том, как Меркурий приобрел свой состав. Ранние модели предполагали, что близость Меркурия к Солнцу должна привести к испарению летучих элементов при формировании планеты, оставив после себя относительно бесплодный мир.
«Меркурий обладает очень высокой плотностью массы, с чрезмерно большим железным ядром по сравнению с его скалистой мантией, — объяснил Шмид. — Одна из гипотез предполагает, что большое раннее столкновение в сочетании с близостью планеты к Солнцу лишило ее значительную часть мантии и летучих веществ. Однако MESSENGER обнаружил значительное количество летучих элементов, что противоречит этой идее».
Исследование предлагает другую версию. Поверхность Меркурия в течение миллиардов лет постоянно обогащалась в результате бомбардировки метеороидами. Это открывает новые перспективы эволюции скалистых планет под влиянием постоянной бомбардировки.
Помимо применения Меркурия, этот подход может помочь ученым исследовать тонкие атмосферы во всей Солнечной системе, особенно в местах, где прямой сбор данных является сложным.
По материалам phys.org
