|
Тайны удивительного Меркурия
|
|
|
|
Меркурий не так-то легко раскрывает свои секреты. Самая маленькая планета в нашей Солнечной системе также является одной из самых экстремальных — выжженный солнцем, богатый металлами мир с загадочным магнитным полем и лавами, не похожими ни на что, что можно найти на Земле.
|
|
|
|
"Мы все еще не до конца понимаем, как Меркурий стал таким, какой он есть", - сказала Энн Помье, геофизик-экспериментатор из Научной лаборатории Земли и планет Карнеги (EPL). "Но каждая новая информация помогает сузить возможности".
|
|
|
|
В недавней лекции для местных жителей Помье рассказал о прошлом, настоящем и будущем Меркурия, опираясь на результаты многолетних исследований, новые лабораторные эксперименты и перспективы новой миссии на горизонте.
|
|
|
|
Планета, которая не поддается ожиданиям
|
|
|
|
Меркурий уже давно привлекает ученых Карнеги.
|
|
|
|
В 1903 году в ежегоднике института было отмечено, что "наблюдения за Меркурием очень востребованы". Десятилетия спустя планетолог Джордж Уэзерилл — директор бывшего департамента земного магнетизма Карнеги (DTM, который сейчас является частью EPL) — предсказал, что поверхность Меркурия будет сильно изрыта кратерами задолго до того, как это подтвердят космические аппараты. В 2000-х годах другой директор DTM, Шон Соломон, руководил миссией НАСА "МЕССЕНДЖЕР", которая в течение четырех лет вращалась вокруг Меркурия и изменила наше представление о его поверхности и недрах.
|
|
|
|
|
|
|
"Все, что мы знаем об этой планете, в значительной степени связано с двумя миссиями: "Маринер-10" и "МЕССЕНДЖЕР", - сказал Помье. "Обе они вызвали столько же вопросов, сколько и дали ответов".
|
|
|
|
Один из самых важных: почему Меркурий так богат металлами? Его ядро составляет 60% от объема планеты — по сравнению с 15% объема Земли. Некоторые ученые полагают, что оно образовалось из богатых металлами строительных блоков, другие считают, что ранние столкновения разрушили большую часть его каменной мантии.
|
|
|
|
"Нам нужно больше полевых данных, больше экспериментов, больше моделей, чтобы понять, какая гипотеза имеет больше смысла", - сказал Помье.
|
|
Новая миссия и новые инструменты
|
|
|
|
Ответы, возможно, скоро будут получены. В 2025 году совместная европейско-японская миссия BepiColombo отправится на орбиту Меркурия. Ее приборы будут исследовать магнитное поле планеты, химический состав и, что самое интересное для Помье, электрическую проводимость.
|
|
|
|
Но для интерпретации этих данных требуется то, чего у нас пока нет: детальное понимание того, как ртутьсодержащие породы ведут себя в условиях, сходных с ртутью.
|
|
|
|
Чтобы преодолеть этот пробел, команда Помье создает аналоговые материалы, которые воспроизводят геохимию Ртути, бедную кислородом, или "восстановленную". В таких средах элементы ведут себя по-разному, образуя необычные минералы.
|
|
|
|
"Меркурий — очень редкая планета, совершенно не похожая на Землю", - сказал Помье. Его горные породы богаты серой и другими элементами, которые процветают в среде с низким содержанием кислорода, образуя минералы, такие как сульфиды железа и кальция, редко встречающиеся на Земле
|
|
Магма образуется на пустом месте
|
|
|
|
Чтобы изучить вулканическое прошлое Меркурия, сотрудники Помье синтезировали ртутеподобные стекла - искусственные лавы на основе данных MESSENGER — и проанализировали их с помощью инструментов высокого разрешения, включая рамановскую спектроскопию, ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и электронную микроскопию.
|
|
|
|
Результаты показали поразительную разницу. На Земле лава состоит из кремний-кислородных связей, которые образуют липкие полимероподобные цепочки. На Меркурии сера соединяется с кремнием, образуя более короткие и менее связанные структуры кремний-сера.
|
|
|
|
"Это радикально меняет их физические свойства", - сказал Помье. "Сера разрушает эти длинные цепочки и заменяет их более короткими, менее взаимосвязанными структурами".
|
|
|
|
В результате? Древние лавы Меркурия, возможно, текли скорее как сироп, чем как смола. Бывший постдок Карнеги Меган Маусер измерила их вязкость и обнаружила, что она на несколько порядков ниже земной. Это может помочь объяснить удивительно гладкие вулканические равнины планеты, хотя Помье отмечает, что могут быть задействованы и другие факторы.
|
|
|
|
Тем не менее, это подчеркивает более широкую истину в планетологии: химия атомного масштаба может формировать целые ландшафты.
|
|
|
|
Моделирование магнитного прошлого
|
|
|
|
Магнитное поле Меркурия - еще одна загадка. Несмотря на слабость, оно все еще активно, что удивительно для такой маленькой, медленно остывающей планеты. Чтобы выяснить, почему, Помье и его коллега из Великобритании Кристофер Дэвис и его исследовательская группа проанализировали тысячи моделей, моделирующих эволюцию ядра Меркурия на протяжении миллиардов лет.
|
|
|
|
Лишь узкий спектр сценариев воспроизводил как поле, которое мы наблюдаем сегодня, так и магнитную сигнатуру, обнаруженную в породах земной коры, которые сформировались 3,8 миллиарда лет назад. В этих моделях Меркурий поддерживает свою динамо-машину, медленно наращивая твердое внутреннее ядро, в то время как тонкий конвективный слой во внешнем ядре продолжает генерировать поле.
|
|
|
|
"Мы считаем, что область конвекции в расплавленном внешнем ядре становится все тоньше и тоньше, - сказал Помье, - что может объяснить, почему поле сегодня такое слабое".
|
|
Важность фундаментальных исследований
|
|
|
|
Инструменты и методы, разработанные в лаборатории Помье, такие как прессы высокого давления, спектроскопия и тепловое моделирование, также используются в энергетических исследованиях, материаловедении и электронике.
|
|
|
|
"Фундаментальные исследования приводят к открытиям, которые не только рассказывают нам о Меркурии, - сказал директор EPL Майк Уолтер, - но и приводят к техническим достижениям, которые находят применение в реальном мире".
|
|
|
|
Уолтер и Помье подчеркивали, что фундаментальная наука — та, которая раскрывает, из чего состоит Ртуть или как формируется магнитное поле, — в конечном счете лежит в основе открытий и технологий, формирующих нашу жизнь.
|
|
|
|
Помье отметила, что ее лаборатория всегда заинтересована в благотворительной поддержке со стороны тех, кто заинтересован в более глубоком понимании строения планет.
|
|
Почему Меркурий все еще имеет значение
|
|
|
|
Во Вселенной, полной скалистых планет, та, которая нарушает все правила, может стать ключом к пониманию их всех.
|
|
|
|
По мере того как астрономы открывают все больше скалистых миров вокруг далеких звезд, Меркурий служит важнейшим ориентиром — он достаточно близок для изучения и в то же время достаточно чужд, чтобы бросить вызов нашим представлениям о том, как формируются и эволюционируют планеты.
|
|
|
|
"Меркурий настолько необычен — у него огромное ядро, странный химический состав и магнитное поле, которое не совсем сходится", - сказал Помье. "В некотором смысле, это как экзопланета на нашем собственном заднем дворе".
|
|
|
|
А с появлением BepiColombo ученые готовятся к новой волне открытий. Эксперименты, подобные эксперименту Помье, будут необходимы для интерпретации результатов миссии.
|
|
|
|
"Как только данные поступят, нам будет с чем их сравнить. Новые полевые наблюдения послужат руководством для новых экспериментов, создавая обратную связь между лабораторией и космосом".
|
|
|
|
Другими словами, работа только начинается.
|
|
|
|
Источник
|
