|
Загадочный водяной лед Меркурия
|
|
|
|
Источник значительных залежей водяного льда, скрытых в полярных регионах Меркурия, был предметом дискуссий среди исследователей. Новое исследование, опубликованное в журнале «Journal of Geophysical Research: Planets», предполагает, что эти отложения были накоплены всего за один меркурианский день (176 земных дней) крупным ударным объектом, таким как комета или астероид. Хотя предыдущие исследования предполагали аналогичный сценарий, это первое исследование, полностью моделирующее столкновение. Более того, эти новые модели предполагают, что ударный объект мог быть больше и медленнее, чем предполагалось ранее.
|
|
|
|
Будучи ближайшей к Солнцу планетой, Меркурий наблюдает дневные температуры до 430°C (806°F). Кроме того, у Меркурия нет настоящей атмосферы. Вместо этого у него есть ультратонкий, разреженный слой газа, называемый экзосферой, в котором газы постоянно выбрасываются в космос, а затем пополняются солнечным ветром. Хотя эти особенности Меркурия должны были бы сделать удержание воды крайне сложным, как наземные, так и орбитальные наблюдения обнаружили отражающие области, указывающие на наличие водяного льда, скрытого в постоянно затененных областях (ПЗО) вблизи северного и южного полюсов Меркурия.
|
|
|
|
Ученые предположили несколько потенциальных источников льда, обнаруженного в ПЗО. Некоторые гипотезы включают постоянное поступление микрометеоритов, солнечного ветра или единичного крупного удара, богатого летучими веществами. Некоторые исследования показали, что лед, по-видимому, относительно чистый и «молодой» (всего несколько сотен миллионов лет). Эти данные указывают на быстрое, эпизодическое поступление, а не на медленное накопление, согласно более поздним исследованиям.
|
|
|
|
|
|
|
Считается, что ударное вещество, создавшее кратер Хокусай диаметром 97 км на поверхности Меркурия, может быть источником водяного льда, обнаруженного сейчас в ПЗО. Предполагается, что ПЗО действуют как холодные ловушки, температура в которых достаточно низкая, чтобы удерживать лед даже в суровых условиях Меркурия.
|
|
|
|
Чтобы определить детали того, как столкновение масштаба Хокусая (с кометой или астероидом диаметром 17 км и скоростью 30 км/с) может привести к переносу и распределению воды в полярных холодных ловушках Меркурия, группа исследователей, участвовавшая в новом исследовании, провела моделирование с использованием обновленных карт полярных холодных ловушек и реалистичных моделей температуры поверхности.
|
|
|
|
Они сравнили два сценария: один, в котором вода высвобождается в тонкую экзосферу, и другой, в котором вода высвобождается в плотную атмосферу, образованную в результате удара. Первый сценарий был смоделирован для обновления более старых оценок эффективности переноса воды в экзосфере Меркурия, в то время как второй фактически моделировал удар с рядом параметров удара для образовавшегося в результате Хокусая объекта.
|
|
|
|
Моделирование показало, что столкновение масштаба Хокусая может доставить около 2,3*10^13 кг водяного льда в полярные холодные ловушки Меркурия, что соответствует нижней границе текущих оценок количества полярного льда. Менее чем через час после удара образовавшийся водяной пар расширился бы, полностью окружив планету и создав временную, богатую водой атмосферу. Большая часть этой атмосферы быстро разрушилась бы в результате взаимодействия с фотонами в процессе, называемом фотолизом.
|
|
|
|
Остальная вода, согласно моделированию, мигрирует к полюсам и в области плазмообразующих ловушк (PSR). При достаточно сильном ударе моделирование показало, что процесс, называемый атмосферным самоэкранированием, значительно увеличивает долю воды, достигающей холодных ловушек, одновременно уменьшая количество воды, теряемой в результате фотолиза, по сравнению с первыми базовыми моделями. Это также привело к более равномерному распределению между полюсами.
|
|
|
|
«Большое количество воды, высвобождаемой при столкновении масштаба Хокусая, означает, что эффект самоэкранирования оказывает сильное влияние; к концу одного солнечного дня ~96% водяного пара, высвободившегося в бесстолкновительной, оптически тонкой модели, было фоторазрушено, по сравнению с ~46% в модели атмосферы, созданной ударом.
|
|
|
|
Благодаря эффективности атмосферного самоэкранирования от фотолиза, гораздо больше воды — 22,4% от моделируемой массы (т.е. ~31% невыходящего пара) — оказывается захваченным холодом после столкновения, подобного столкновению Хокусая, по сравнению с 3,4% невыходящего пара в базовой модели». «Более медленная скорость фотолиза также позволяет большему количеству воды, попавшей в зону удара метеорита в северном полушарии, достигать холодных ловушек южного полюса, чем в базовом сценарии с оптически тонкой средой», — объясняют авторы исследования.
|
|
|
|
Один аспект этих симуляций показался исследователям неверным, а именно, что ледяные лужи были слишком тонкими, чтобы соответствовать наблюдаемым данным. Данные наблюдений указывали на толщину льда в несколько метров, в то время как симуляции показали, что толщина льда составляла всего несколько десятков сантиметров, что предполагает необходимость корректировки некоторых параметров.
|
|
|
|
Команда исследователей пишет: «Хотя общая масса воды, доставленной к полюсам, согласно предыдущим оценкам, соответствует этим данным, мы также обнаружили, что образовавшиеся отложения могут быть слишком тонкими (максимум 37 см по сравнению с несколькими метрами, необходимыми для радиолокационной яркости). Это говорит о том, что если бы основная масса полярной воды Меркурия действительно была доставлена одним ударом, то для этого мог бы потребоваться более медленный ударный объект, больший по размеру, чем тот, который был смоделирован здесь».
|
|
|
|
Исследователи отмечают, что в их исследовании есть ограничения, поскольку они моделировали только воду, а не другие летучие вещества, образовавшиеся в результате удара. Процессы, происходящие в масштабах времени, превышающих один меркурианский день, такие как «ударное садоводство» или космическое выветривание, которые могли бы повлиять на лед после его образования, также не были включены.
|
|
|
|
Команда заявляет, что необходимо дальнейшее моделирование различных параметров удара, таких как размер, скорость, угол, и что наблюдения в рамках предстоящих миссий, таких как BepiColombo, могли бы предоставить больше данных о толщине и распределении льда.
|
|
|
|
Источник
|
