|
Обнаружили литий в экзосфере Меркурия
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, впервые был обнаружен литий в экзосфере Меркурия с использованием новейшего метода обнаружения магнитных волн. Экзосфера Меркурия представляет собой хрупкую среду, в которой молекулы газа разрежены и редко взаимодействуют друг с другом. С 1970-х годов такие миссии, как космический аппарат Mariner 10, а затем и MESSENGER, выходили на орбиту Меркурия, собирая данные.
|
|
|
|
Благодаря информации, собранной космическими миссиями и телескопами на Земле, ученые обнаружили, что здесь присутствуют такие вещества, как водород, калий, натрий и железо.
|
|
|
|
Открытие щелочных металлов, таких как калий и натрий, привело ученых к предположению, что, исходя из современных представлений о формировании планет, должны существовать и другие щелочные металлы, такие как литий.
|
|
|
|
На протяжении многих лет большинство усилий не приносили результатов, что позволяет предположить, что литий может присутствовать в экзосфере в чрезвычайно низких концентрациях.
|
|
|
|
Исследовательская группа под руководством Даниэля Шмида из Австрийской академии наук подошла к поиску с новой точки зрения.
|
|
|
|
Вместо прямого поиска атомов лития они использовали измерения магнитного поля для идентификации сигнатуры электромагнитных волн, называемой "ионно-циклотронными волнами улавливания" (ICWs), указывающей на присутствие лития.
|
|
|
|
|
|
|
"Во время нашего исследования [данных о магнитном поле MESSENGER] мы выявили сигнатуры ионных циклотронных волн, которые могут быть связаны со свежеионизированным литием", - сказал Шмид. Phys.org .
|
|
|
|
"Это открытие позволяет предположить, что поверхность Меркурия была обогащена летучими элементами в результате постоянных метеоритных ударов, которые также способствуют их выбросу в экзосферу и космос".
|
|
|
|
Обнаружение характерных признаков
|
|
|
|
ICW образуются в результате многочисленных физических процессов, происходящих на поверхности Меркурия и в его атмосфере.
|
|
|
|
Когда нейтральные атомы лития поднимаются с поверхности Меркурия в космос, они сталкиваются с интенсивным солнечным ультрафиолетовым излучением. Это излучение отбирает электроны у атомов лития, превращая их в заряженные ионы лития.
|
|
|
|
Эти недавно ионизированные частицы подхватываются солнечным ветром — постоянным потоком заряженных частиц, исходящих от Солнца.
|
|
|
|
Когда солнечный ветер "подхватывает" эти свежие ионы лития, это создает нестабильность в окружающей плазме. Разница в скоростях между свежеобразованными ионами лития и частицами солнечного ветра - это то, что порождает электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве.
|
|
|
|
Они генерируют характерный сигнал. Они колеблются на литий-ионной циклотронной частоте, характерной частоте, полностью определяемой уникальным отношением массы к заряду лития и местной напряженностью магнитного поля.
|
|
|
|
Это похоже на то, что каждый элемент имеет свой собственный электромагнитный отпечаток.
|
|
|
|
"Поглощающие ионы генерируют волны с характерными частотами, что позволяет нам идентифицировать их присутствие по их магнитным сигнатурам", - объяснил Шмид.
|
|
|
|
"Ни детекторы частиц на борту Mariner 10 и MESSENGER, ни наземные телескопы не смогли подтвердить присутствие лития, несмотря на ожидания о существовании лития, основанные на обнаружении других летучих элементов".
|
|
|
|
Исследовательская группа проанализировала данные о магнитном поле, полученные с помощью MESSENGER за четыре года, и выявила 12 независимых событий, в ходе которых возникали ICW. Каждое событие, длившееся всего несколько десятков минут, давало краткое представление о выбросе лития в разреженную атмосферу Меркурия.
|
|
|
|
Метеоритная бомбардировка
|
|
|
|
Спорадический и недолговечный характер этих обнаружений позволил получить важные сведения о происхождении лития. Исследователи исключили медленно действующие процессы, включая термический нагрев и продолжающуюся бомбардировку солнечным ветром.
|
|
|
|
Вместо этого все признаки указывали на кратковременные взрывные явления, такие как столкновения с метеоритами.
|
|
|
|
Когда метеороиды ударяются о поверхность Меркурия со скоростью около 110 километров в секунду, они создают взрывные воздействия, которые испаряют как падающую породу, так и материал поверхности Меркурия.
|
|
|
|
В результате столкновений образуются облака пара, нагретые до 2500-5000 Кельвинов, что достаточно высоко для попадания атомов лития в экзосферу Меркурия.
|
|
|
|
"Обнаружение лития и его связь с событиями, связанными со столкновениями, убедительно подтверждают гипотезу", — сказал Шмид. - Это демонстрирует, что метеороиды не только доставляют новый материал, но и испаряют существующие поверхностные отложения, высвобождая летучие вещества в экзосферу и поддерживая динамичный цикл их поступления".
|
|
|
|
Исследователи подсчитали, что метеороиды, ответственные за обнаружение лития, имели радиус от 13 до 21 сантиметра, а массу - от 28 000 до 120 000 граммов.
|
|
|
|
Примечательно, что при таких ударах может испариться примерно в 150 раз больше материала на поверхности, чем масса самого метеороида.
|
|
|
|
Переписываем историю Меркурия.
|
|
|
|
Эти данные бросают вызов традиционным представлениям о том, как Меркурий приобрел свой состав. Ранние модели предполагали, что близость Меркурия к Солнцу должна была привести к удалению летучих элементов во время формирования планеты, оставив после себя относительно бесплодный мир.
|
|
|
|
"Меркурий обладает необычно высокой плотностью массы, а его железное ядро слишком велико по сравнению со скалистой мантией", - объяснил Шмид.
|
|
|
|
"Одна из гипотез предполагает, что в результате мощного раннего столкновения в сочетании с близостью планеты к Солнцу большая часть мантии и ее летучих веществ была удалена. Однако MESSENGER обнаружил значительное количество летучих элементов, что противоречит этой идее".
|
|
|
|
Вместо этого исследование предлагает иную версию событий. Поверхность Меркурия на протяжении миллиардов лет непрерывно обогащалась в результате бомбардировки метеоритами. Это позволяет по-новому взглянуть на эволюцию скалистых планет в условиях продолжительной бомбардировки.
|
|
|
|
Помимо применения к Меркурию, этот подход мог бы помочь ученым исследовать тонкие слои атмосферы по всей Солнечной системе, особенно в тех местах, где прямой сбор данных затруднен.
|
|
|
|
"Они предполагают, что даже безвоздушные тела, такие как Луна, Марс и астероиды, могут приобретать летучие вещества после формирования в результате внеземной доставки", - отметил Шмид.
|
|
|
|
"Фактически, это уже было показано на Луне. Это имеет важное значение для понимания химического состава поверхности и долгосрочного космического выветривания во внутренней части Солнечной системы".
|
|
|
|
Источник
|
