Неуловимый металл: в атмосфере Меркурия обнаружен литий
Ученые впервые подтвердили наличие лития в экзосфере Меркурия. Помогли в этом не традиционные прямые наблюдения, а анализ магнитных волн. Новое открытие показывает, что ключевую роль в формировании состава планеты могли играть удары метеоритов. Оно также объясняет, как Меркурий сохранил летучие элементы, несмотря на близость к Солнцу.
Экзосфера — внешняя часть верхней атмосферы планеты. У Меркурия она представляет собой крайне разреженную оболочку, где атомы газов почти не сталкиваются друг с другом. Ранее ученые выявили в ее составе такие вещества, как водород, калий, натрий и железо. Исследователи предполагали, что в атмосфере самой маленькой планеты Солнечной системы есть и другие щелочные металлы, такие как литий. Однако долгое время поиски не давали результатов.
Прорыв совершила исследовательская группа под руководством Даниэля Шмида из Австрийской академии наук. Вместо того чтобы искать атомы лития напрямую, они обратились к данным измерений магнитного поля аппарата NASA «Мессенджер» и обнаружили характерные колебания магнитного поля — так называемые ионно-циклотронные волны. Эти электромагнитные сигналы возникают, когда нейтральные атомы лития, поднявшиеся с поверхности Меркурия, сталкиваются с интенсивным солнечным ультрафиолетовым излучением, которое «отбирает» электроны у атомов лития, превращая их в заряженные ионы лития.
Затем частицы подхватываются солнечным ветром — постоянным потоком заряженных частиц, исходящих от Солнца. Создается нестабильность в окружающей плазме, а разница в скоростях между ионами лития и частицами солнечного ветра порождает электромагнитные волны. Каждый элемент оставляет уникальный след в магнитном поле, словно отпечаток пальца — именно так ученые идентифицировали литий.
Анализ четырех лет данных «Мессенджера» позволил выявить 12 коротких событий продолжительностью всего несколько десятков минут, во время которых фиксировались ионно-циклотронные волны. Их единичность и временный характер указал на вероятную причину появления лития — удары метеоритов. Когда такие небесные тела врезаются в поверхность Меркурия на скорости около 110 км/с, они мгновенно испаряют не только сами себя, но и окружающие породы на поверхности планеты. В результате столкновений образуются облака пара температурой 2500–5000 Кельвинов, что достаточно для выброса атомов лития в экзосферу.
Расчеты показали, что высвобождение лития произошло после удара метеорита радиусом от 13 до 21 см и массой от 28 000 до 120 000 г. В таком случае может испариться примерно в 150 раз больше материала с поверхности, чем масса самого упавшего небесного тела.
Открытие ставит под сомнение прежние гипотезы о том, что из-за своей близости к Солнцу Меркурий должен был потерять почти все летучие вещества еще на этапе формирования. Меркурий имеет необычно высокую плотность, а его железное ядро слишком велико по сравнению со скалистой мантией. Раньше считалось, что мощный удар в прошлом сорвал внешние слои планеты, а солнечное излучение «испарило» остатки. Но данные «Мессенджера» показывают: летучих элементов здесь больше, чем ожидалось.
Новое исследование предлагает совершенно новую картину. По мнению авторов, метеоритная бомбардировка в течение миллиардов лет непрерывно поставляла литий и другие вещества на поверхность Меркурия. Это позволяет по-новому взглянуть на эволюцию скалистых планет. Метод анализа магнитного поля может помочь ученым исследовать тонкие слои атмосферы небесных по всей Солнечной системе — особенно в тех местах, где прямой сбор данных затруднен.
Ранее исследователи выяснили, как образовался Меркурий. По их мнению, ближайшая к Солнцу планета сформировалась после удара другого небесного тела. Изначально она была больше, но разрушительное событие разрушило изначальную оболочку, оставив после себя лишь ядро.
Самое популярное
