Раскрывая секреты Меркурия: первые измерения PHEBUS на борту зонда BepiColombo
Созданный при участии российских ученых ультрафиолетовый спектрометр PHEBUS на борту европейско-японского зонда BepiColombo сделал важные открытия об экзосфере Меркурия. В сверхразреженной атмосфере оказалось неожиданно мало магния, зато обнаружены следы межзвездного вещества.
Межпланетная станция BepiColombo, совместный проект Европейского космического агентства (ЕКА) и Японского аэрокосмического агентства (JAXA), запущенная в октябре 2018 года, продолжает раскрывать тайны Меркурия. Особый интерес ученых вызывает экзосфера — сверхразреженная газовая оболочка планеты. Новые данные о ней получены с помощью ультрафиолетового спектрометра PHEBUS, созданного при участии российских специалистов из ИКИ РАН.
Ультрафиолетовый спектрометр для исследования состава и динамики экзосферы Меркурия PHEBUS (Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy) работает в двух диапазонах спектра с длиной волны от 55 до 320 нм и имеет два дополнительных канала на 404 и 422 нм. Прибор установлен на одном из двух орбитальных аппаратов, которые входят в состав станции — европейском MPO, цель которого — изучать состав и характеристики планеты. Второй, японский Mio, изучает магнитосферу и ее взаимодействие с солнечным ветром.
Согласно сайту ЕКА, работу по спектрометру осуществляет консорциум трех основных участников: Университет Тохоку (Япония) предоставил детекторы и основное входное зеркало, ИКИ РАН (Россия) отвечал за разработку и реализацию системы сканирования, а Институт Пьера-Симона Лапласа SA/IPSL (Франция) взял на себя проектирование, сборку, тестирование и интеграцию системы, а также предоставил дополнительные детекторы.
Оборудование установлено таким образом, чтобы во время пролетов Меркурия проводить наблюдения поверхности и экзосферы планеты. Зонд выполнил шесть гравитационных маневров вблизи небесного тела для замедления скорости и выхода на рабочую орбиту. Во время четырех из них аппаратура провела измерения состава экзосферы. Результаты продолжают обрабатываться, однако российские исследователи поделились первыми данными.
Меркурий — единственная планета Солнечной системы, у которой крайне разреженная атмосфера (ее практически нет) и есть магнитное поле. Благодаря этому его поверхность почти непосредственно контактирует с космическим пространством. Под воздействием солнечного излучения, микрометеоритов и заряженных частиц вокруг Меркурия формируется экзосфера — крайне разреженная газовая оболочка, состав которой в значительной степени соответствует составу поверхности в конкретной области.
В состав экзосферы Меркурия входят в основном нейтральные атомы водорода и гелия, а также необычные для атмосферы элементы, такие как натрий, калий, кальций (в ионизированном состоянии), магний, алюминий, марганец и железо. Предположительно, эти элементы попадают в экзосферу разными путями: атомы натрия — под действием солнечного излучения, магний — при ударах микрометеоритов о поверхность. При этом, составляющие оболочки не взаимодействуют друг с другом и распределяются неравномерно, поэтому их изучение интересует ученых.
В ходе второго и третьего пролетов станции BepiColombo спектрометр PHEBUS зафиксировал свечения магния в экзосфере на длине волны 285,2 нм. На основе полученных данных были построены графики, которые показывают изменение интенсивности излучения в зависимости от высоты.
Измерения показали, что высота «магниевой» экзосферы — 560–970 км, а температура атомов магния на уровне ее нижней границы (экзобазы) составляет 3000–5000 Кельвинов (К). Оба этих показателя оказались меньше, чем ранее измеренные для атомов кальция, которые поднимаются выше над поверхностью Меркурия и обладают в 5-10 раз большей энергией.
Во время первых пролетов PHEBUS также измерял альбедо (отражательную способность) поверхности Меркурия в экстремальном ультрафиолете, на длинах волн от 90 до 160 нм. Измерения были сделаны впервые за 50 лет, после наблюдений аппарата Mariner-10, запущенного в 1973 году. Оказалось, планета отражает в два раза меньше УФ-лучей, чем Луна, что указывает на низкое содержание оксида железа в грунте. Также были обнаружены признаки присутствия на поверхности кварца. Уточнить концентрацию минерала планируется после начала регулярных измерений в 2027 году.
Особый интерес представляет наблюдение свечения гелия на длине волны 58,4 нм. Его концентрация оказалась в 5-7 раз ниже, чем фиксировал Mariner-10. Ученые связывают это с изменением вклада вещества в экзосферу за прошедшие десятилетия.
Помимо научных достижений, проведенные наблюдения имеют большое значение для дальнейшей работы с данными PHEBUS. Исследователям удалось усовершенствовать методы вычитания фонового излучения и провести калибровку оборудования. В ИКИ РАН отметили, что прибор показал «хорошую чувствительность к наличию малых составляющих экзосферы». Благодаря наблюдениям, ученые надеются узнать больше о распространении других элементов, таких как калий, а также зарегистрировать углерод, азот и серу.
«Очень важно, что первые включения были проведены во время полета, — заметил в эксклюзивном комментарии Pro Космос научный со-руководитель эксперимента с российской стороны — член-корреспондент РАН Олег Кораблев, заведующий отделом физики планет. — Стало понятно, что прибор работает, работает хорошо. Он продемонстрировал высокую чувствительность —даже по двум небольшим сеансам наблюдения можно сделать вывод о неоднородности распределения магния. И уже сейчас получено подтверждение (конечно, требуются дополнительные наблюдения), что магний, по-видимому, действительно связан с поверхностью. Регулярные наблюдения начнутся после выхода на рабочую орбиту. Мы ждем их — и, конечно, новых открытий».
Окончательные выводы можно будет сделать после ноября 2026 года, когда два орбитальных аппарата отделятся от перелетного блока BepiColombo, выйдут на рабочие орбиты и начнут постоянные наблюдения. Полученные данные не только раскроют загадки Меркурия, но и помогут понять, как формируются и эволюционируют экзосферы у других небесных тел Солнечной системы.
Шестой пролет Меркурия BepiColombo совершил в январе. Он прошел всего в 295 км от поверхности планеты и сделал несколько снимков. Интересно, что зонд пролетел над областями планеты, которые ранее не исследовались. Речь идет о холодной и темной ночной стороне небесного тела.
Самое популярное
