П’ять загадок Меркурія, на які (можливо) дасть відповідь BepiColombo

Час для читання: 6 хвилин

Меркурій – це пустельний світ, який, на перший погляд, виглядає не надто цікавим. Однак місії Mariner і MESSENGER показали, що найменша планета Сонячної системи не так вже й нудна. Наприклад, незважаючи на температуру поверхні в 450°C, на ній, схоже, присутній водяний лід! Крім того, по всій видимості, внутрішнє ядро Меркурія значно більше, ніж можна було б очікувати виходячи з розмірів планети, а його поверхня має несподіваний хімічний склад. Зараз в сторону Меркурія направляється європейсько-японська місія BepiColombo, яка, можливо, дасть відповідь на наступні п’ять питань про Меркурій.

1. Як виник Меркурій?

Меркурій лише трохи більше Місяця і обертається навколо Сонця еліптичною орбітою та здійснює повний оборот за 88 днів. У найближчій точці відстань від Меркурія до Сонця в три рази менше відстані між Сонцем і Землею. Але чи завжди Меркурій перебував на цій орбіті? Достовірно це невідомо.

Вимірювання апарату MESSENGER, який обертався навколо Меркурія з 2011 по 2015 рік, показали, що на поверхні Меркурія несподівано велике співвідношення кількості калію до торію. Це дивно, оскільки калій при високих температурах є летючим, і на інших твердих планетах Сонячної системи його кількість у співвідношенні до торію з наближенням до Сонця зменшується. Виявилося, однак, що співвідношення кількості калію до кількості торію на Меркурії таке ж, як на Марсі, значно холоднішій планеті.

Співвідношення кількості калію (Potassium) до торія (Thorium) на поверхні кам'янистих планет Сонячної системи  |  © ESA
Співвідношення кількості калію (Potassium) до торія (Thorium) на поверхні кам’янистих планет Сонячної системи | © ESA

На даний момент жодна модель формування Меркурія не може повністю пояснити цю аномалію. З цієї причини учені припускають, що Меркурій міг утворитися значно далі від Сонця, приблизно там же, де і Марс, і потім мігрував на свою теперішню орбіту, наприклад, в результаті зіткнення з якимось великим тілом.

Таке потужне зіткнення могло б пояснити і те, чому Меркурій має надто велике внутрішнє ядро і доволі тонку зовнішню оболонку. Діаметр ядра Меркурія складає близько 4000 км, а діаметр самої планети — всього 5000 км, тобто ядро займає більше 55% об’єму. Для порівняння, при діаметрі Землі в 12 700 км, її ядро має діаметр всього 1200 км.

Якщо в минулому Меркурія сталося велике зіткнення, то в його результаті він міг втратити значну частину своєї зовнішньої оболонки, що пояснило б цю загадку. Існує навіть гіпотеза, що це зіткнення сталося з Землею, а з його осколків утворився Місяць.

На BepiColombo є спектрометричні інструменти радіо-, інфрачервоного, рентгенівського і гамма-діапазонів, які дозволять більш детально вивчити мінералогічний і елементний склад поверхні Меркурія. Крім того, Mercury Planetary Orbiter (MPO), один з двох апаратів, що входять до складу місії BepiColombo, повинен буде опуститися на нижчу орбіту в порівнянні з MESSENGER, що збільшить роздільну здатність поверхні, а також дозволить покрити більшу площу південній напівсфери.

2. Чи є на Меркурії вода?

При температурі поверхні до 450°C важко уявити, що на ній можна знайти воду, а тим більше лід. Тим дивніше, що на дні багатьох кратерів Меркурія апарату MESSENGER вдалося роздивитись слабкі відблиски, схожі на віддзеркалення світла від поверхні водяного льоду. Однак безпосередньо зареєструвати наявність води MESSENGER не зміг, бо не мав необхідних інструментів. Такі інструменти будуть на борту MPO, так що він повинен однозначно відповісти, чи є на Меркурії вода чи ні. Більш того, в разі її наявності, він зможе оцінити її кількість.

Мозаїка з фотографій, зроблених апаратом MESSENGER у 2011–2015 роках. Жовтим кольором показані гіпотетичні місця з водяним льодом на дні кратерів  |  © ESA
Мозаїка з фотографій, зроблених апаратом MESSENGER у 2011–2015 роках. Жовтим кольором показані гіпотетичні місця з водяним льодом на дні кратерів | © ESA

Насправді, наявність водяного льоду на розігрітій планеті не є таким вже абсурдним. Справа в тому, що вісь обертання Меркурія не нахилена до його орбіти, як у Землі, а отже, промені Сонця падають на полярні області під дуже низьким кутом і розігрівають їх не так сильно, особливо всередині кратерів, куди промені Сонця можуть і зовсім не потрапляти.

Докладний аналіз елементного складу поверхні Меркурія, можливо, дозволить зрозуміти і те, звідки водяний лід взявся. Вчені вважають, що спочатку на Меркурії могло не бути води, а принесли її, як і на Землю, в основному комети. З іншого боку, в найближчому минулому кількість комет, що падають на Меркурій, була невеликою, оскільки близько розташоване Сонце відхиляє орбіти комет у свій бік.

За іншою гіпотезою джерелом льоду були астероїди, які час від часу падають на Меркурій, а за рахунок низьких температур на дні кратерів вода могла зберігатися там десятки мільйонів років.

BepiColombo, звичайно, не дасть однозначної відповіді, на природу водяного льоду на Меркурії, але дозволить наблизитися до нього.

3. Чи мертвий Меркурій?

Меркурій виглядає розпеченій пустелею, але при найближчому розгляді MESSENGER виявив на його поверхні незвичайні геологічні особливості, які не зустрічаються на інших планетах. Всередині і навколо деяких кратерів спостерігаються невеликі западини або порожнини.

Фотографія кратера Кертес (Kertész), зроблена апаратом MESSENGER  |  © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington
Фотографія кратера Кертес (Kertész), зроблена апаратом MESSENGER | © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Вчені вважають, що ці порожнини утворилися відносно недавно в результаті підйому якоїсь летючої речовини з глибин зовнішньої оболонки Меркурія і його випаровування в навколишній простір.

Оскільки BepiColombo приступить до роботи через 10 років після закінчення місії MESSENGER, вчені сподіваються, що йому вдасться зареєструвати зміни в формі порожнин. Це буде означати, що Меркурій все ще геологічно активний на відміну від, наприклад, повністю мертвого Місяця.

4. Чому Меркурій темний?

На перший погляд, зовні Меркурій схожий на Місяць. Однак, якщо провести більш акуратні вимірювання, виявиться, що його поверхня значно темніше. Вона відображає майже на третину менше світла, ніж місячний ґрунт. Чому так, поки неясно.

Інфрачервоний спектрометр MERTIS на борту MPO дозволить створити детальну карту розподілу мінералів на поверхні Меркурія. Його підвищена чутливість і більш висока роздільна здатність у порівнянні з оснащенням MESSENGER має допомогти у відповіді на питання, чому Меркурій такий темний.

Є кілька гіпотез, що пояснюють цей факт. За однією з них, ґрунт на Меркурії несильно відрізняється за своїм складом від ґрунту інших планет, але виглядає темніше через екстремально високі температури. За іншою гіпотезою істотну частину ґрунту становить графіт, який значно темніше, ніж інші речовини. Багатий графітом шар міг утворитися в ході формування Меркурія при охолодженні його надр і подальшим винесенням на поверхню.

5. Звідки у Меркурія магнітне поле?

Не у кожної планети є магнітне поле. Серед кам’янистих планет Сонячної системи, тільки Земля і Меркурій мають його. У Марса теж колись було магнітне поле, але він його втратив. Меркурій при цьому виглядає занадто маленьким, щоб володіти власним магнітним полем. І хоча майже в сто разів слабше земного, воно все ж існує.

Схема внутрішньої будови Меркурія  |  © ESA/NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington
Схема внутрішньої будови Меркурія | © ESA/NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Магнітне поле Землі створюється через швидке обертання рідкого залізного ядра в центрі планети. Раніше вважалося, що Меркурій в силу значно меншого розміру повинен був вже сильно охолонути, так що в його центрі не повинно бути рідкого ядра, і тоді існування магнітного поля виявляється складно зрозумілим.

Щоб перевірити, чи не є все ж ядро Меркурія частково розплавленим, можна спробувати зафіксувати невеликі приливні деформації на його поверхні. У процесі обертання планети навколо Сонця і взаємодії з його гравітацією, на її поверхні повинна бути незначна опуклість. Її розмір буде змінюватися в залежності від відстані до Сонця, яке змінюється від 46 до 70 млн км через еліптичності орбіти.

За оцінками максимальна висота опуклості повинна складати близько 14 метрів. BepiColombo буде здатний виміряти зміну цієї висоти в ході своєї роботи протягом декількох меркуріанський років.

Ще одна загадка, пов’язана з магнітним полем Меркурія, полягає в тому, що центр магнітного моменту, який створює це поле, не знаходиться в центрі планети, як у Землі, а зсунутий на 400 км (майже 10% від діаметра Меркурія) у напрямку до північного полюса.

Основні магнітометричні вимірювання проводитиме другий апарат, що входить до складу місії BepiColombo, Mercury Magnetospheric Orbiter, під керівництвом Японського космічного агентства. Його вимірювання дозволять просканувати магнітне поле Меркурія в просторі і часі, і з’ясувати, наскільки сильний вплив на нього робить Сонце і потоки сонячного вітру, що йдуть від нього.


Джерело: vk.com/@korzhimanov
Автор тексту: Артем Коржиманов
Переклад: Kurai

Рейтинг читателей
[Всего: 2 Средний: 5]

Добавить комментарий

0
Web Design BangladeshWeb Design BangladeshMymensingh