Учените обясниха мистериозния лед на Меркурий с един-единствен древен сблъсък

Меркурий е толкова близо до Слънцето, че дневната му повърхност може да достигне температури, които разтопяват оловото. И все пак полярните му кратери съдържат воден лед. Статия в New Scientist за произхода на водата на Меркурий описва ново моделиране, което предполага, че голяма част от този лед може да е бил доставен от едно-единствено катастрофално събитие: удар с воден басейн, който е създал временна водна атмосфера за един меркуриански ден и е разпръснал водните молекули към полярните „студени капани“.

Защо ледът на Меркурий изглежда невъзможен?

Меркурий е планета на крайностите. Той обикаля близо до Слънцето, почти няма атмосфера и претърпява огромни температурни колебания. От осветената страна повърхността може да се нагрее до над 400 °C, докато от нощната страна може да падне до дълбока слана.

Така че идеята за „воден лед на Меркурий“ звучи почти като грешка, но всичко е свързано с полюсите. Оста на въртене на Меркурий почти не е наклонена, така че Слънцето никога не се издига високо над хоризонта там. Дъната на някои дълбоки кратери остават в постоянна сянка.

Такива места се наричат ​​студени капани. Те действат като естествени фризери: водна молекула, която случайно попадне там, може да остане замръзнала за много дълго време. В материала Lamont-Doherty Earth Observatory относно потвърждението за лед MESSENGER се обяснява, че космическият апарат NASA MESSENGER е потвърдил наличието на замръзнала вода в постоянно засенчените кратери близо до северния полюс на Меркурий.

Това откритие се превърна в един от най-големите парадокси на вътрешната слънчева система: планетата, най-близка до Слънцето, се оказа хранилище на воден лед.

Едно попадение вместо милиарди малки доставки

Няколко източника на вода на Меркурий отдавна са предмет на дебати. Тя може да е дошла от микрометеорити, комети, богати на вода астероиди, слънчев вятър или дори от вътрешните процеси на планетата, но новият модел залага на по-драматичен сценарий: един голям удар.

Кандидатът е кратерът Хокусай. Това е млад ударен кратер с диаметър около 100 км с много ярки струи от изхвърлена материя, които се простират на хиляди километри. По-стар анализ на Sci.News на „голямата вълна“, донесла вода на Меркурий, обяснява, че Хокусай отдавна се смята за евентуален „димен пистолет“ за произхода на полярния лед.

Механизмът изглежда така: водоносно тяло се сблъсква с Меркурий с голяма скорост; водата се изпарява от него; около планетата за кратко се образува тънка атмосфера от водни пари; водните молекули се движат, „прескачат“ по повърхността, някои се унищожават от слънчевата радиация, други се губят в космоса, но трети достигат до студените капани и замръзват.

Това не прилича на дъжд в земния смисъл. По-скоро е глобална вълна от водни пари, която за кратко трансформира безатмосферния Меркурий в планета с временна обвивка от водни молекули.

Защо „един ден“ на Меркурий не е един земен ден?

Когато учените казват, че процесът би могъл да се случи в рамките на един меркуриански ден, това звучи бързо, но е важно да се говори за по-тесен мащаб. Един слънчев ден на Меркурий – от изгрев до изгрев – трае около 176 земни дни.

Това все още е много кратко време за геологията. Планетарните ледени отлагания често се разглеждат като резултат от бавно натрупване в продължение на милиони или милиарди години. Тук моделът показва, че значително количество вода може да е било преразпределено във времева рамка, която е само един ден и нощен цикъл за планетата.

Представете си един парещ, скалист свят без море, без облаци и без дъжд. След това, в едно-единствено събитие, околното пространство се изпълва с водна пара и полярните сенки се превръщат в хранилище на лед в рамките на месеци. Това е, което прави това проучване толкова впечатляващо.

Темата резонира добре с други открития за водата в Слънчевата система: в статията за това как са открити скрити водни резерви на Марс е видим същият принцип – водата може да се съхранява там, където повърхността изглежда безнадеждно суха.

Как водата съществува в близост до Слънцето?

Основният враг на водата на Меркурий е слънчевата радиация. Водните молекули могат да се разделят, нагряват, да летят в космоса или да взаимодействат с повърхността. Но ключовото предимство на студените капани е, че те почти никога не виждат Слънцето.

Когато водна молекула навлезе в такава сенчеста зона, нейната топлинна енергия вече не е достатъчна, за да излезе лесно. Тя замръзва и може да остане там, особено ако с течение на времето е покрита със слой от тъмен реголит или органичен материал.

Статия на Nature Communications за новата фаза на изследването на Меркурий отбелязва, че MESSENGER е потвърдил наличието на ледени отлагания в постоянно засенчените региони, а бъдещите данни от BepiColombo би трябвало да изяснят естеството на тези полярни отлагания. Това е важно, защото разпределението на леда може да покаже дали е доставен от единичен удар, от много малки тела или от няколко различни процеса.

Планетарният учен Каролин Ернст веднъж описа разликата между Луната и Меркурий по много емоционален начин: „На Меркурий сигналите са от сорта на: „Уау, това е вода!“ Думите ѝ в обяснението на произхода на леда в Sci.News добре показват колко силен се е оказал сигналът в сравнение с по-неясните лунни данни.

Защо кратерът Хокусай е толкова важен?

Хокусай е интересен не само заради размера си. Изглежда геологично млад, има дълги, ярки лъчи и е възможно да се е образувал около времето, когато се смята, че полярният лед на Меркурий е бил сравнително млад.

Ако кратерът наистина е свързан с доставката на вода, лъчите му не са просто красив мотив върху сива повърхност. Те са следа от енергията на удара, посоката на полета на тялото и количеството материал, разпръснат по планетата.

По-стари изчисления показват, че ударникът трябва да е достатъчно водоносен и да не е твърде бърз. Ако тялото се срине твърде бързо, по-голямата част от водата може да бъде загубена. Ако скоростта и ъгълът на удара са „правилни“, част от парите имат време да влязат в глобален транспортен режим и да достигнат полюсите.

В статията си в Sci.News за Хокусай, Ернст обяснява тази логика сбито: „Само защото нещо е по-малко вероятно, не означава, че трябва да го отхвърляме.“ Това е важна идея за планетарната наука: редките събития могат да имат големи последици.

Защо е важно за Луната и Земята търсенето на вода?

На пръв поглед водата на Меркурий може да изглежда странно нещо на далечна планета, но всъщност е част от по-голям въпрос: как водата е била разпределена във вътрешната Слънчева система.

Земята има океани, Луната има следи от лед в полярните си трапове, Марс има лед и древни речни корита, а Меркурий има лед на места, където Слънцето никога не грее директно. Всички тези факти заедно показват, че водата не е била ограничена до „комфортна“ зона. Тя е била пренасяна чрез удари, комети, астероиди, вулканизъм и слънчев вятър.

Ето защо историята за произхода на водата на Земята е по-свързана с Меркурий, отколкото изглежда: и двете истории включват доставката на летливи вещества до скалисти светове.

Пишейки в Sci.News за въздействието на леда, планетарният учен Парвати Прем формулира по-широкото значение по следния начин: „Колкото повече разбираме за водата на полюсите на Меркурий и как е попаднала там, толкова повече разбираме как се е озовала навсякъде в Слънчевата система.“

Какво ще тества BepiColombo?

Следващата голяма стъпка е мисията ESA/JAXA BepiColombo. Тя би трябвало да предостави много по-подробни данни за повърхността, магнитосферата, състава и полярните региони на Меркурий. От особено значение е, че MESSENGER има ограничения при наблюдението на южния полюс и новата мисия ще може да прецизира картината.

Ако ледът наистина е свързан с един голям удар, неговото разпределение може да има характерни черти: разлики между полюсите, връзка с геометрията на Хокусай, неравномерно натрупване или определена „възраст“ на повърхностните слоеве.

Ако ледът се е натрупал постепенно, моделът може да е по-равномерен или по-съвместим с непрекъснат поток от микрометеорити и слънчевия вятър. Ето защо бъдещите карти на BepiColombo биха могли да бъдат тест за новия модел.

Това има значение и за бъдещите лунни бази. Ако разберем по-добре как се държи ледът в студените капани на Меркурий, това ще ни помогне да интерпретираме водните запаси на Луната. В статия за това как НАСА се готви да върне хора на Луната, темата за полярния лед е една от ключовите за бъдещо човешко присъствие.

Какво означава това?

Практическото значение на откритието не е, че хората скоро ще добиват вода от Меркурий. Планетата е твърде близо до Слънцето, твърде гореща над по-голямата част от повърхността си и твърде трудна за мисии за кацане. Но като естествена лаборатория, тя е безценна.

За науката това е шанс да се тества как водата се държи върху безатмосферни тела: как се изпарява, мигрира, разгражда, замръзва и се съхранява в сенките. За планетарната наука това е и тест за това как големи случайни удари могат да променят химията на планетите.

За по-широко разбиране на Слънчевата система, заключението е още по-силно: водата може да оцелее не само там, където е „удобно“, но и там, където са налице подходящи физически условия. Дори близо до Слънцето има достатъчно дълбока сянка, за да могат водните молекули да се превърнат в лед и да запазят спомена за древната катастрофа.