Badania misji MESSENGER ukazują nieznane oblicze Merkurego

Badania misji MESSENGER ukazują nieznane oblicze MerkuregoOriginal Press Release
Minęło zaledwie sześć miesięcy odkąd sonda MESSENGER weszła na orbity a już jej badania pokazały naukowcom jak bardzo Merkury nie pasuje do teorii.

Stare konwencjonalne przekonanie, mówiło, że Merkury jest jak Księżyc. Ale ze swojego punktu obserwacyjnego na orbicie, MESSENGER pokazuje, że Merkury jest zupełni inny od Księżyca w niemal każdy sposób jaki możemy zmierzyć

David T. Blewett
Johns Hopkins University
Applied Physics Laboratory (APL)

Dwie z siedmiu publikacji wskazują, że materia powierzchni Merkurego najpewniej powstała z podobnych, ale mniej utlenionych, surowców niż te, które tworzą powierzchnie pozostałych planet skalistych, prawdopodobnie odzwierciedlając odmienną zawartość lodu w początkowej fazie akrecji planet. Pomiary powierzchni Merkurego przez MESSENGER spektrometry rentgenowski i promieniowania gamma ujawniają również znacznie wyższe stężenia siarki i potasu niż wcześniej przewidywano. Oba pierwiastki odparowują w stosunkowo niskich temperaturach, zatem ich obfitość wyklucza kilka popularnych scenariuszy powstania planety, w których Merkury doświadczył ekstremalnie wysokich temperatur na początku historii istnienia.

„Teoretycy muszą wrócić do deski kreślarskiej i na nowo zaprojektować scenariusz powstania  Merkurego „- mówi Larry Nittler z Carnegie. -„Większość dotychczasowych pomysłów dotyczących chemii Merkurego okazało się niezgodne z tym, co rzeczywiście zastaliśmy na powierzchni planety.”

Przez dziesiątki lat naukowcy zastanawiali się czy na powierzchni Merkurego występują wulkaniczne osady. Już pierwsze trzy przeloty sondy MESSENGER odpowiedziały twierdząco na to pytanie, jednak nie dały dokładnych danych na temat globalnej dystrybucji materiałów wulkanicznych. Nowe dane zebrane z orbity ukazały ogromne wulkaniczne równiny otaczające północny region polarny Merkurego. Te rozległe, gładkie równiny pokrywają więcej niż 6% całkowitej powierzchni Merkurego. James Head z Uniwersytetu Brown, autor kolejnej publikacji, wskazuje, że depozyty zdają się nosić cechy typowe dla ogromnych wypływów lawy, podobnych do tych, które znane są z mającego kilka milionów lat regionu rzeki Columbia na Ziemi. „Wydaje się, że widoczne na Merkurym równiny rozlały się z długich, liniowych szczelin i pokryły okolicę, zalewając je pokładami o dużej miąższości jednocześnie grzebiąc swe źródła”

Naukowcy odkryli również kominy wulkaniczne, o długościach sięgających 25 kilometrów, które wydają się być źródłem niektórych ogromnych wypływów bardzo gorącej lawy. Kominy te wyrzuciły na powierzchni Merkurego lawę powodującą erozję podłoża, rzeźbiącą doliny i tworzącą przypominające łzy grzbiety na leżącym poniżej terenie.

MESSENGER ujawnił na Merkurym nieoczekiwane klasy ukształtowania terenu, które sugerują, że poprzednio nieznane procesy geologiczne są odpowiedzialny za ich powstawanie. Obrazy zebrane w trakcie misji Mariner 10 i przelotów MESSENGER wykazały, że dna i centralne szczyty niektórych kraterów są bardzo jasne i są bardziej niebieskie niż innye obszary Mercury. Osady te zostały uznane za niezwykłe, ponieważ kraterów o podobnych właściwościach nie można znaleźć na Księżycu. Jednak ze względu na niską rozdzielczość, jasne depozyty w kraterach pozostawały jedynie ciekawostką.

Jendak w trakcie orbitalnej misji MESSENGER wykonano,ukierunkowane zdjęcia z bliska wielu takich kraterów. Jak mówi David T. Blewett z Laboratorium Fizyki Stosowanej (APL) Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa jasne obszary okazały się być złożone z małych, płytkich depresji, które często występują w grupach o nieregularnych kształtach. „Zespół naukowy zaproponował dla tych struktur topograficznych termin „dziuple” (ang. hollows), by odróżnić je od innych rodzajów zagłębień, które znajdują się na Merkurym.”

Dziuple odnaleziono w szerokim zakresie długości i szerokości geograficznych, sugerując, że są one dość powszechne na Merkurym. Wiele z depresji ma jasne wnętrza i jest otoczone przez aureole, co więcej te które zbadano do tej pory mają świeży wygląd i nie zgromadził małych kraterów uderzeniowych, co dodatkowo wskazuje, że są one stosunkowo młodymi strukturami.

„Analiza obrazów i szacunki tempa, w jakim dziuple mogą rosnąc prowadzą do wniosku, że struktury te tworzą się obecnie”- mówi Blewett. -„Stare konwencjonalne przekonanie, mówiło, że Merkury jest jak Księżyc. Ale ze swojego punktu obserwacyjnego na orbicie, MESSENGER pokazuje, że Merkury jest zupełni inny od Księżyca w niemal każdy sposób jaki możemy zmierzyć.”

Ziemia, Merkury, Jowisz, Saturn, Uran i Neptun mają własne pola magnetyczne, jednak badania MESSENGERa pokazały, że słabe pole Merkurego jest odmienne. Podobnie procesy przyspieszania cząstek w magnetosfery Merkurego, które zostały opisane w artykule George Ho z APL. Obserwacje energetycznych elektronów wykazały, że ich rozmieszczenie nie jest zgodne z tak zwanymi pasami radiacyjnymi Van Allena. Pasy te tworzą zespoły naładowanych cząstek, które oddziałują z polem magnetycznym i otaczają planety. Magnetyczny równik Merkurego leży daleko na północ od równika geograficznego planety. Najlepiej dopasowane wewnętrzne dipolowe pole magnetyczne zdaje się leżeć około 480 km na północ od centrum planety.

Naukowcy odkryli że najważniejszym jonem plazmy przekazywanym przez planetę do magnetosfery jest sód. „Już wcześniej, z Ziemi obserwowaliśmy neutralny sód jednak obserwacje z bliska pokazały, że naładowane cząsteczki sodu są skoncentrowane w pobliżu regionów biegunowych Merkurego, tam gdzie mogą one być uwalniane przez wiatr słoneczny, skutecznie wybijający atomy sodu z powierzchni Merkurego”- mówi Thomas Zurbuchen z Uniwersytetu Michigan. -„Udało się nam zaobserwować proces powstawania tych jonów, który jest porównywalny do sposobu, w jaki zorze polarne są generowane w atmosferze Ziemi w pobliżu biegunów.”

Spektrometr Fast Imaging Plasma Spectrometer sondy MESSENGER wykrył jony helu w całej objętości magnetosfery planety. „Hel musi powstawać w wyniku  interakcji powierzchni z wiatrem słonecznym „- mówi Zurbuchen. -„Przypuszczamy, że hel został dostarczony ze Słońca przez wiatr słoneczny, następnie wbudowany w powierzchnię Merkurego, a na końcu rozwiany we wszystkich kierunkach. Nasze wyniki pokazują, że słaba magnetosfera Merkurego zapewnia jedynie niewielką ochronę planety przed wiatrem słonecznym. Ekstremalne warunki pogody kosmicznej w tym rejonie powodują ciągłą aktywność na powierzchni planety najbliższej Słońcu”.

„W historii eksploracji naszego układu planetarnego, pierwsze statki kosmiczne, które trafiały na orbity planet zawsze przynosiły wspaniałe niespodzianki i MESSENGER doskonale pasuje do tego wzorca” – mówi Sean Solomon z Carnegie Institution for Science, kierujący badaniami misji MESSENGER. -„Nasze pierwsze dobre zdjęcia regionów polarnych, nasze pierwsze obrazy o wysokiej rozdzielczości, nasza pierwsza ciągła obserwacja egzosfery i magnetosfery, jak również pierwsza okazja, aby zebrać czasochłonne pomiary składu powierzchni – wszystkie one dostarczyły nieoczekiwanych wyników. Merkury to planeta inna od tej opisywanej w podręcznikach. Chociaż należy do rodziny, do której należą także Wenus, Mars i Ziemia, najbliższa Słońcu planeta miała o wiele bardziej ekscytujące życie, niż ktokolwiek przewidział”.

Źródła:

Mercury Not Like Other Planets MESSENGER Finds

Only six months into its Mercury orbit, the tiny MESSENGER spacecraft has shown scientists that Mercury doesn’t conform to theory. Its surface material composition differs in important ways from both those of the other terrestrial planets and expectations prior to the MESSENGER mission, calling into question current theories for Mercury’s formation. Its magnetic field is unlike any other in the Solar System, and there are huge expanses of volcanic plains surrounding the north polar region of the planet and cover more than 6% of Mercury’s surface. These findings and other surprises are revealed in seven papers in a special section of the September 30, 2011, issue of Science.

Surface Surprises

Two of the seven papers indicate that the surface material is more like that expected if Mercury formed from similar, but less oxidized, building blocks than those that formed its terrestrial cousins, perhaps reflecting a variable proportion of ice in the initial accretionary stages of the planets. Measurements of Mercury’s surface by MESSENGER’s X-ray and Gamma-Ray Spectrometers also reveal substantially higher abundances of sulfur and potassium than previously predicted. Both elements vaporize at relatively low temperatures, and their abundances thus rule out several popular scenarios in which Mercury experienced extreme high-temperature events early in its history.

“Theorists need to go back to the drawing board on Mercury’s formation,” remarked the lead author of one of the papers, Carnegie’s Larry Nittler. “Most previous ideas about Mercury’s chemistry are inconsistent with what we have actually measured on the planet’s surface.”

Volcanism

For decades scientists had puzzled over whether Mercury had volcanic deposits on its surface. MESSENGER’s three flybys answered that question in the affirmative, but the global distribution of volcanic materials was not well constrained. New data from orbit show a huge expanse of volcanic plains surrounding the north polar region of Mercury. These continuous smooth plains cover more than 6% of the total surface of Mercury.

Another lead author, James Head of Brown University, said that the deposits appear typical of flood lavas, like those found in the few-million-year-old Columbia River Basalt Group on Earth. “Those on Mercury appear to have poured out from long, linear vents and covered the surrounding areas, flooding them to great depths and burying their source vents,”

Scientists have also discovered vents, measuring up to 25 kilometers (km) (15.5 miles) in length, that appear to be the source of some of the tremendous volumes of very hot lava that have rushed out over the surface of Mercury and eroded the substrate, carving valleys and creating teardrop-shaped ridges in the underlying terrain.

New Landforms

MESSENGER revealed an unexpected class of landform on Mercury and suggest that a previously unrecognized geological process is responsible for its formation. Images collected during the Mariner 10 and MESSENGER flybys of Mercury showed that the floors and central mountain peaks of some impact craters are very bright and have a blue color relative to other areas of Mercury. These deposits were considered to be unusual because no craters with similar characteristics are found on the Moon. But without higher-resolution images, the bright crater deposits remained a curiosity.

Now MESSENGER’s orbital mission has provided close-up, targeted views of many of these craters. The bright areas are composed of small, shallow, irregularly shaped depressions that are often found in clusters said David T. Blewett, a planetary scientist at the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) and lead author of one of the Science reports. “The science team adopted the term ‘hollows’ for these features to distinguish them from other types of pits that are found on Mercury.”

Hollows have been found over a wide range of latitudes and longitudes, suggesting that they are fairly common across Mercury. Many of the depressions have bright interiors and halos, and Blewett says the ones detected so far have a fresh appearance and have not accumulated small impact craters, indicating that they are relatively young.

“Analysis of the images and estimates of the rate at which the hollows may be growing lead to the conclusion that they are actively forming today,” Blewett says. “The old conventional wisdom was that ‘Mercury is just like the Moon.’ But from its vantage point in orbit, MESSENGER is showing us that Mercury is radically different from the Moon in just about every way we can measure.”

Magnetic Field

Earth, Mercury, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune all have intrinsic magnetic fields, but MESSENGER found that Mercury’s weak field is different. So too are particle acceleration processes in Mercury’s magnetosphere, as described in a paper by lead author George Ho of APL. MESSENGER’s observations of energetic electrons indicated that their distribution is not consistent with what are known as Van Allen radiation belts. These belts are bands of charged particles that interact with the magnetic field and surround the planets.

Mercury’s magnetic equator is also well to the north of the planet’s geographic equator. The best-fitting internal dipole magnetic field is located about 480 km (298 miles), northward of the planet’s center.

The team found that sodium is the most important plasma ion contributed by the planet to the magnetosphere. “We had previously observed neutral sodium from ground observations, but up close we’ve discovered that charged sodium particles are concentrated near Mercury’s polar regions where they are likely liberated by solar wind ion sputtering, effectively knocking sodium atoms off Mercury’s surface” notes the University of Michigan’s Thomas Zurbuchen, author of one of the Science reports. “We were able to observe the formation process of these ions, one that is comparable to the manner by which auroras are generated in the Earth atmosphere near polar regions.”

MESSENGER’s Fast Imaging Plasma Spectrometer detected helium ions throughout the entire volume of Mercury’s magnetosphere. “Helium must be generated through surface interactions with the solar wind,” says Zurbuchen. “We surmise that the helium was delivered from the Sun by the solar wind, implanted on the surface of Mercury, and then fanned out in all directions.”

“Our results tell us is that Mercury’s weak magnetosphere provides very little protection of the planet from the solar wind,” he continued. “Extreme space weather must be a continuing activity at the surface of the planet closest to the Sun.”

“In the history of exploration of our planetary system, the first spacecraft to orbit a planet has always yielded stunning surprises, and MESSENGER has been true to that pattern,” notes Carnegie’s Sean Solomon, MESSENGER Principal Investigator. “Our first good views of the polar regions, our first high-resolution images, our first continuous observations of the exosphere and magnetosphere, and our first opportunity to collect time-consuming measurements of surface composition have all returned unexpected results. Mercury is not the planet described in the textbooks. Although a true sibling of Venus, Mars, and Earth, the innermost planet has had a much more exciting life than anyone predicted.”

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *