Ученые НАСА из Центра космических полётов им. Р. Годдарда всерьез занимаются изучением такой планеты Солнечной системы, как Меркурий. Солнечный ветер и многочисленные метеориты заставляют экзосферу планеты постоянно меняться. Эта изменчивость может о многом рассказать астрономам.
Маленький Меркурий переживает большие катастрофы: мощный солнечный ветер и высокоскоростные микрометеориты. Тонкая газовая оболочка планеты, экзосфера, немногим плотнее вакуума и не может защитить планету. Она постоянно меняется и пополняется натрием, калием, кальцием, магнием и другими элементами, которые освобождаются из почвы Меркурия солнечным ветром. Насыщенная разнообразными элементами, экзосфера активно реагирует на солнечный свет, ветер и магнитное поле, и ее удивительная изменчивость может многое рассказать астрономам.
MESSENGER выходит на орбиту Меркурия
Суммировав данные, полученные в ходе миссии космического зонда Messenger, ученые НАСА из Центра космических полётов им. Р. Годдарда составили "портрет" Меркурия и представили его широкой публике в сентябрьском издании Icarus.
Как смоделировать Меркурий? Ни один космический аппарат не садился на его поверхность, поэтому астрономам приходится искать косвенные способы исследования. Например, изучать Луну. Как и Меркурий, Луна имеет схожие процессы переноса вещества с поверхности в очень тонкую экзосферу. Когда ученые захотели выяснить, какая почва может привести к повышенной концентрации натрия и калия в экзосфере Меркурия, они изучили образцы лунного грунта, привезенного 16-ю советскими аппаратами серии "Луна".
Изучение экзосферы. Атомы и молекулы в атмосфере Земли совершают резкие движения и все время сталкиваются друг с другом, но в экзосфере Меркурия это скорее исключение - они чаще падают на поверхность, чем "находят" друг друга. Наблюдения с наземных телескопов и MESSENGER-а показывают, что натрий, кальций и магний, освобождаются из почвы в результате различных процессов и ведут себя в экзосфере по-разному.
Загадки натрия. Новые модели продемонстрировали удивительные силы, высвобождающие огромные количества натрия. Исследователи считали, что основным фактором, влияющим на этот процесс, является удар заряженных частиц о поверхность планеты, который освобождает натрий в процессе, называемом ионным распылением (бомбардировка объекта отдельными частицами, имеющими энергию большую, чем связи атома объекта, в результате чего объект распыляется). Но оказалось, что основным фактором является фотостимулированная десорбция (отделение поглощённого вещества в результате колебательного движения), усиленная ударами ионов. Атомы натрия, толкаемые солнечным ветром, вытягиваются в огромный хвост, который отстает от Меркурия и вытягивается наподобие хвоста кометы. По нему можно судить о влиянии солнечной радиации на экзосферу. После расчетов также выяснилось, что 15% наблюдаемых выбросов натрия связаны с ударами микрометеоритов. Моделирование магнитосферы Наибольшая концентрация натрия наблюдается на Северном и Южном полюсах Меркурия, но во время первого пролета MESSENGER-а обнаружилось, что в Северном полушарии выброс натрия на 30% больше. Моделирование магнитосферы Меркурия показывает, что причина в том, что вблизи Северного полюса протонная бомбардировка поверхности в четыре раза интенсивнее. Это происходит из-за того, что солнечный ветер давит на магнитное поле планеты под углом и искривляет его.
Удары заряженных частиц вблизи Северного полюса активно работают с фотостимулированной десорбцией, и это быстро истощает запасы натрия на поверхности. На извлечение натрия из более глубоких слоев почвы требуется больше времени, что занимает определенное время, но заряженные частицы существенно ускоряют этот процесс.
Интенсивный солнечный свет может превращать освободившиеся из почвы материалы в положительные ионы (процесс фотоионизации). Некоторые из этих ионов могут путешествовать по "конвейеру" вокруг планеты – совершать половину или несколько оборотов. Не исключено, что этот гипотетический конвейер также может создавать магнитные аномалии вроде "провалов" в магнитном поле Меркурия, которые обнаружил MESSENGER на обеих сторонах планеты. Пока доподлинно неизвестно, что именно является их причиной и достаточно ли ионов в "конвейере" для создания таких мощных искривлений поля.
Загадка магния Космический аппарат Messenger первым нашел магний в экзосфере Меркурия. Астрономы ожидали, что наибольшая концентрация магния - на поверхности планет и постепенно сокращается по мере набора высоты. Вместо этого Messenger обнаружил значительную концентрацию магния над Северным полюсом, где он некоторое время сохранял свою плотность, а затем неожиданно концентрация резко упала. Больше такое явление не наблюдалось, и ученые не могут его объяснить. Исследователи также отмечают, что температура этого магния может достигать десятков тысяч градусов, что значительно выше температуры поверхности (около 400 градусов Цельсия). Процессы, происходящие на поверхности планеты, вероятно, не могут быть причиной появления этого раскаленного магния, но истинная природа этого явления пока неизвестна.
Возможно, многочисленные тайны Меркурия будут разгаданы после того, как 18 марта 2011 г. Messenger выйдет на орбиту ближайшей соседки Солнца.
