У Меркурія практично відсутня атмосфера. Але певна кількість молекул навколо нього все ж кружляє. Нещодавно науковці виявили серед них лужний метал літій.
Відкриття літію в екзосфері
За допомогою новітньої технології виявлення магнітних хвиль у новому дослідженні, опублікованому в журналі Nature Communications, вперше був знайдений літій в екзосфері Меркурія.
Екзосфера Меркурія — це нестабільне середовище, де молекули газу розріджені та рідко взаємодіють між собою. З 1970-х років космічні апарати Mariner 10 і пізніше MESSENGER оберталися навколо Меркурія, збираючи дані.
Відкриття лужних металів, таких як калій і натрій, спонукало науковців припустити, що, виходячи з сучасних уявлень про формування планет, мають існувати й інші лужні метали, наприклад, літій.
Протягом багатьох років більшість спроб не давали результатів, що свідчило про те, що літій може бути присутнім в екзосфері у надзвичайно низьких концентраціях.
Дослідницька група під керівництвом Даніеля Шмідта з Австрійської академії наук підійшла до пошуків з нового боку. Замість того, щоб безпосередньо шукати атоми літію, вони використовували вимірювання магнітного поля для виявлення електромагнітної хвилі, яка називається циклотронною хвилею іонів (ICW) і вказує на наявність літію.
Іонізація атомів літію та вимірювання магнітного поля
ICW утворюються в результаті численних фізичних процесів, що відбуваються на поверхні Меркурія та в його атмосфері.
Коли нейтральні атоми літію піднімаються з поверхні Меркурія в космос, вони стикаються з інтенсивним ультрафіолетовим випромінюванням Сонця. Це випромінювання відриває електрони від атомів літію, перетворюючи їх на заряджені іони.
Ці новоутворені іонізовані частинки підхоплюються сонячним вітром — постійним потоком заряджених частинок, що витікає із Сонця. Коли сонячний вітер «підхоплює» ці свіжі іони літію, він створює нестабільність у навколишній плазмі. Різниця в швидкості між свіжоутвореними іонами літію та частинками сонячного вітру є причиною виникнення електромагнітних хвиль, які поширюються в космосі.
Хвилі виробляють характерний сигнал. Вони коливаються з частотою літієвого іонного циклотрона — характерною частотою, яка повністю визначається унікальним співвідношенням маси до заряду літію та силою місцевого магнітного поля. Це схоже на те, що кожен елемент має свій власний електромагнітний відбиток.
Дослідницька група проаналізувала дані про магнітне поле, зібрані за чотири роки роботи зонда MESSENGER, і виявила 12 незалежних випадків появи ICW. Кожен із цих випадків тривав лише кілька десятків хвилин, але дав можливість короткочасно спостерігати за вивільненням літію в розріджену атмосферу Меркурія.
Метеоритне бомбардування
Спорадичний і короткочасний характер цих виявлень дав важливі підказки про походження літію. Дослідники виключили повільні процеси, зокрема термічне нагрівання та постійне бомбардування сонячним вітром. Натомість усі ознаки вказують на вибухові, швидкоплинні події — наприклад, удари метеоритів.
Коли метеороїди вдаряються об поверхню Меркурія зі швидкістю близько 110 км на секунду, вони створюють вибухові удари, які випаровують як вхідну породу, так і поверхневий матеріал Меркурія. Удари створюють хмари пари, нагріті до 2500–5000 кельвінів, що є достатньо високою температурою, щоб підняти атоми літію в екзосферу Меркурія.
Дослідники оцінили, що метеороїди, відповідальні за виявлення літію, мали радіус від 13 до 21 см, а їхня маса становила від 28 000 до 120 000 грамів. Примітно, що ці удари можуть випаровувати приблизно в 150 разів більше поверхневого матеріалу, ніж власна маса метеороїда.
Новий погляд на історію Меркурія
Ці відкриття ставлять під сумнів традиційні уявлення про те, як Меркурій набув свого складу. Ранні моделі припускали, що близькість Меркурія до Сонця мала б призвести до випаровування летких елементів під час формування планети, залишивши після себе відносно безплідний світ.
«Меркурій має надзвичайно високу щільність маси, з надмірно великим залізним ядром у порівнянні з його скелястою мантією, — пояснив Шмід. — Одна з гіпотез припускає, що велике раннє зіткнення у поєднанні з близькістю планети до Сонця позбавило її значної частини мантії та летких речовин. Однак MESSENGER виявив значну кількість летких елементів, що суперечить цій ідеї».
Натомість дослідження пропонує іншу версію. Поверхня Меркурія протягом мільярдів років постійно збагачувалася внаслідок бомбардування метеороїдами. Це відкриває нові перспективи щодо еволюції скелястих планет під впливом постійного бомбардування.
Крім застосування до Меркурія, цей підхід може допомогти науковцям досліджувати тонкі атмосфери в усій Сонячній системі, особливо в місцях, де прямий збір даних є складним.
За матеріалами phys.org
