Niesamowity Merkury. Teorie pochodzenia niebiańskiego sąsiada

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Pod koniec października misja BepiColombo Europejskiej Agencji Kosmicznej skierowała się na Merkurego, najmniej zbadaną planetę w Układzie Słonecznym. Nieprawidłowa struktura tego ciała niebieskiego dała początek wielu hipotezom na temat pochodzenia. Lodowce ukryte w kraterach dają nadzieję na odkrycie śladów życia. Jakie tajemnice Merkurego mają nadzieję odkryć naukowcy?

Zapomniana planeta

Kiedy pierwszy statek kosmiczny Mariner 10 wysłany na Merkurego przesłał obrazy na Ziemię w 1975 roku, naukowcy zobaczyli znajomą „księżycową” powierzchnię usianą kraterami. Z tego powodu zainteresowanie planetą na długo wymarło.

Astronomia ziemska również nie faworyzuje Merkurego. Ze względu na bliskość Słońca trudno jest zbadać szczegóły powierzchni. Nie wolno na niego celować Teleskopu Orbitalnego Hubble'a - światło słoneczne może uszkodzić optykę.

Ominięty przez Merkurego i bezpośrednia obserwacja. Wystrzelono do niego tylko dwie sondy, na Marsa - kilkadziesiąt. Ostatnia ekspedycja zakończyła się w 2015 roku upadkiem na powierzchnię planety sondy Messenger po dwóch latach pracy na jej orbicie.

Przez manewry - do Merkurego

Na Ziemi nie ma technologii umożliwiającej bezpośrednie wysłanie aparatu na tę planetę - nieuchronnie wpadnie ona w lej grawitacyjny utworzony przez siłę grawitacji Słońca. Aby tego uniknąć musisz skorygować trajektorię i zwolnić z powodu manewrów grawitacyjnych - zbliżania się do planet. Z tego powodu podróż na Merkurego trwa kilka lat. Dla porównania: na Marsa - kilkanaście miesięcy.

Misja Bepi Colombo przeprowadzi pierwszą asystę grawitacyjną w pobliżu Ziemi w kwietniu 2020 roku. Potem - dwa manewry w pobliżu Wenus i sześć na Merkurym. Siedem lat później, w grudniu 2025 roku, sonda zajmie obliczoną pozycję na orbicie planety, gdzie będzie działać przez około rok.

„Bepi Colombo” składa się z dwóch urządzeń opracowanych przez europejskich i japońskich naukowców. Mają przy sobie różnorodny sprzęt do zdalnego badania planety. W Instytucie Badań Kosmicznych Rosyjskiej Akademii Nauk powstały trzy spektrometry - MGNS, PHEBUS i MSASI. Zdobędą dane na temat składu powierzchni planety, jej otoczki gazowej oraz istnienia jonosfery.

Kropla żelaza w środku

Merkury był badany od wieków i jeszcze przed nadejściem współczesnej astronomii jego parametry obliczono dość dokładnie. Nie było jednak możliwe wyjaśnienie anomalnego ruchu planety wokół Słońca z punktu widzenia mechaniki klasycznej. Dopiero na początku XX wieku zrobiono to za pomocą teorii względności, biorąc pod uwagę zniekształcenie czasoprzestrzeni w pobliżu gwiazdy.

Ruch Merkurego posłużył jako dowód hipotezy o ekspansji Układu Słonecznego z powodu utraty materii przez gwiazdę. Świadczy o tym analiza danych misji Messengera.

Fakt, że Merkury różni się od Księżyca, astronomowie podejrzewali nawet po przejściu obok niego „Marinera 10”. Badając odchylenie trajektorii aparatu w polu grawitacyjnym planety, naukowcy doszli do wniosku, że jego wysoka gęstość. Wstydliwe było też zauważalne pole magnetyczne. Mars i Wenus go nie mają.

Fakty te wskazywały, że w Merkurym było dużo żelaza, prawdopodobnie w postaci ciekłej. Natomiast fotografie powierzchni mówiły o niektórych lekkich substancjach, takich jak krzemiany. Nie ma tlenków żelaza, jakie są na Ziemi.

Powstało pytanie: dlaczego metalowy rdzeń małej planety, bardziej przypominający czyjegoś satelitę, nie zestalił się w ciągu czterech miliardów lat?

Analiza danych z Messengera wykazała, że na powierzchni Merkurego występuje podwyższona zawartość siarki. Być może ten pierwiastek jest obecny w rdzeniu i nie pozwala mu się zestalić. Zakłada się, że ciecz jest tylko zewnętrzną warstwą jądra, około 90 kilometrów, ale wewnątrz jest stała. Jest oddzielony od skorupy merkuriańskiej przez czterysta kilometrów minerałów krzemianowych, które tworzą solidny krystaliczny płaszcz.

Całe żelazne jądro zajmuje 83 procent promienia planety. Naukowcy są zgodni, że to jest przyczyną rezonansu spinowo-orbitalnego 3: 2, który nie ma odpowiednika w Układzie Słonecznym - w dwóch obrotach wokół Słońca planeta obraca się wokół własnej osi trzykrotnie.

Skąd pochodzi lód?

Merkury jest aktywnie bombardowany przez meteoryty. W przypadku braku atmosfery, wiatrów i deszczów, relief pozostaje nienaruszony. Największy krater - Caloris - o średnicy 1300 kilometrów powstał około trzy i pół miliarda lat temu i nadal jest wyraźnie widoczny.

Cios, który utworzył Caloris był tak potężny, że pozostawił ślady po przeciwnej stronie planety. Roztopiona magma zalała ogromne obszary.

Pomimo kraterów krajobraz planety jest dość płaski. Tworzą go głównie wybuchające lawy, co świadczy o burzliwej geologicznej młodości Merkurego. Lawa tworzy cienką skorupę krzemianową, która pęka w wyniku wysychania planety, a na powierzchni pojawiają się pęknięcia o długości setek kilometrów - skarpy.

Nachylenie osi obrotu planety jest takie, że wnętrza kraterów w północnym regionie polarnym nigdy nie są oświetlone przez Słońce. Na zdjęciach obszary te wyglądają niezwykle jasno, co daje naukowcom powód do podejrzeń o obecność tam lodu.

Jeśli jest to lód wodny, to komety mogą go przenosić. Istnieje wersja, że jest to woda pierwotna, która pozostała z czasów formowania się planet z protochmury Układu Słonecznego. Ale dlaczego do tej pory nie wyparowało?

Naukowcy wciąż skłaniają się ku wersji, w której lód jest związany z parowaniem z wnętrzności planety. Warstwa regolitu na wierzchu zapobiega szybkiemu wysychaniu (sublimacji) lodu.

Chmury sodu

Jeśli Merkury miał kiedyś w pełni rozwiniętą atmosferę, to Słońce zabiło ją dawno temu. Bez niego planeta podlega ostrym zmianom temperatury: od minus 190 stopni Celsjusza do plus 430.

Merkury otoczony jest bardzo rozrzedzonym gazem - egzosferą pierwiastków wybitych z powierzchni przez deszcze słoneczne i meteoryty. Są to atomy helu, tlenu, wodoru, glinu, magnezu, żelaza, pierwiastków lekkich.

Atomy sodu od czasu do czasu tworzą chmury w egzosferze, żyjąc przez kilka dni. Uderzenia meteorytów nie potrafią wyjaśnić ich natury. Wtedy chmury sodu byłyby obserwowane z równym prawdopodobieństwem na całej powierzchni, ale tak nie jest.

Na przykład szczytowe stężenie sodu stwierdzono w lipcu 2008 r. za pomocą teleskopu THEMIS na Wyspach Kanaryjskich. Emisje wystąpiły w średnich szerokościach geograficznych tylko na półkuli południowej i północnej.

Według jednej wersji atomy sodu są wybijane z powierzchni przez wiatr protonowy. Możliwe, że gromadzi się po nocnej stronie planety, tworząc rodzaj zbiornika. O świcie sód jest uwalniany i wzrasta.

Cios, kolejny cios

Istnieją dziesiątki hipotez dotyczących pochodzenia Merkurego. Nie jest jeszcze możliwe zmniejszenie ich liczby ze względu na brak informacji. Według jednej wersji proto-Merkury, który na początku swojego istnienia był dwukrotnie większy od obecnej planety, zderzył się z mniejszym ciałem. Symulacje komputerowe pokazują, że w wyniku uderzenia mógł powstać żelazny rdzeń. Katastrofa doprowadziła do uwolnienia energii cieplnej, oderwania się płaszcza planety, wyparowania pierwiastków lotnych i lekkich. Alternatywnie, w zderzeniu proto-Merkury mógł być małym ciałem, a dużym proto-Wenus.

Według innego założenia, Słońce było początkowo tak gorące, że wyparowało płaszcz młodego Merkurego, pozostawiając jedynie żelazne jądro.

Najbardziej potwierdzona jest hipoteza, że protochmur gazu i pyłu, w którym dojrzewały zaczątki planet Układu Słonecznego, okazał się niejednorodny. Z niewiadomych przyczyn część substancji znajdująca się blisko Słońca została wzbogacona żelazem iw ten sposób powstał Merkury. Na podobny mechanizm wskazują informacje o egzoplanetach typu „super-ziemi”.

Obydwa satelity Bepi Colombo krążą po orbicie. Ziemianie nie mają jeszcze technologii umożliwiającej dostarczenie łazika na Merkurego i wylądowanie na jego powierzchni. Niemniej naukowcy są przekonani, że misja rzuci światło na wiele tajemnic planety i ewolucję Układu Słonecznego.