Więcej lodu na biegunach Merkurego

Źródło: Head lab / Brown University

Gorąca powierzchnia Merkurego wydaje się osobliwym miejscem do poszukiwania lodu, jednak badania prowadzone od ponad trzydziestu lat wskazują, że istnieje trochę zamrożonej wody na pierwszym globie od Słońca. Woda ta skrywa się wewnątrz stale zacienionych kraterów znajdujących się w pobliżu biegunów planety. Teraz, najnowsze badania prowadzone przez badaczy z Brown University wskazują, że na powierzchni Merkurego może być znacznie więcej lodu niż nam się wcześniej wydawało.

Wyniki badań opublikowane w periodyki Geophysical Research Letters dodają trzech nowych członków do listy kraterów znajdujących się w pobliżu północnego bieguna Merkurego, w których mogą znajdować się spore zapasy lodu wodnego. Oprócz tych sporych zapasów lodu, badania wskazują na wiele mniejszych depozytów rozsianych w pobliżu północnego bieguna, zarówno wewnątrz kraterów jak i na zacienionych obszarach między kraterami. Mogą one być niewielkie, ale po zsumowaniu dają znacznie więcej lodu wodnego niż dotąd szacowaliśmy.

„Jak dotąd zakładano, że lód na powierzchni Merkurego istnieje przede wszystkim w dużych kraterach, jednak udało nam się wykazać, że istnieją dowody na wiele mniejszych depozytów lodu wodnego także poza nimi”, mówi Ariel Deutsch, główny autor badania i doktorant na Brown University. „Dodanie tych niewielkich zasobów wody do zasobów istniejących w kraterach znacząco powiększa ilość lodu wodnego na Merkurym”.

Pomysł, że na Merkurym może istnieć woda w formie lodu pojawił się w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku, kiedy naziemne teleskopy wykryły wewnątrz kilku kraterów znajdujących się w okolicach biegunów planety obszary o wysokim albedo. Oś obrotu pierwszej planety od Słońca charakteryzuje się nieznacznym nachyleniem, dlatego też dna wielu kraterów nigdy nie są oświetlane przez Słońce. Z uwagi na brak atmosfery, która mogłaby transportować do nich  ciepło z cieplejszych rejonów planety, temperatury w tych wiecznie zacienionych obszarach okazały się wystarczająco niskie, aby mógł tam istnieć stabilny lód wodny. Stąd też za te „radarowo jasne” obszary potencjalnie mógł odpowiadać lód wodny.

Pomysł ten zyskał potwierdzenie po tym jak sonda MESSENGER weszła na orbitę wokół Merkurego w 2011 roku. Sonda wykryła sygnały od neutronów zgodnych z lodem wodnym, a pochodzących z północnego bieguna planety.

W ramach swoich badań Deutsch współpracował z Gregorym Neumannem z NASA Goddard Space Flight Center, z którym razem zagłębili się w dane przesłane przez sondę MESSENGER. Szczególnie interesowały ich odczyty zebrane za pomocą wysokościomierza laserowego. Urządzenie to wykorzystywane jest przede wszystkim do tworzenia map wysokości terenu, jednak może służyć także do pomiarów albedo powierzchni planety.

Neumann, specjalista od instrumentów zainstalowanych na pokładzie sondy MESSENGER, pomagał w kalibracji pomiarów albedo za pomocą wysokościomierza, które mogą się zmieniać w zależności od tego czy pomiary wykonywane są pionowo z góry czy pod kątem ostrym. Kalibracja pozwoliła naukowcom odkryć depozyty o wysokim albedo zgodne z lodem powierzchniowym w trzech dużych kraterach, dla których możliwe były pomiary tylko pod kątem ostrym.

Dodanie tych kraterów do znanych zasobów lodu na Merkurym stanowi znaczącą zmianę. Deutsch szacuje całkowitą powierzchnię tych trzech płyt lodu na około 3400 kilometrów kwadratowych.

Kolejnym istotnym aspektem analizowanych w ramach badań jest przyjrzenie się albedo terenu otaczającego te trzy duże kratery. Okazuje się, że obszar ten nie jest aż tak jasny jak płyty lodu wewnątrz kraterów, ale jest znacznie jaśniejszy od średniej jasności powierzchni Merkurego.

„Wnioskujemy, że takie wyższe albedo spowodowane jest przez mniejsze obszary lodu rozprzestrzenione na tym terenie”, wskazuje Deutsch. „Większość z tych obszarów jest zbyt mała, aby dało się je zauważyć indywidualnie za pomocą wysokościomierza, jednak łącznie przyczyniają się do ogólnego wyższego albedo tego obszaru”.

Aby poszukać dowodów na istnienie takich mniejszych zasobów, badacze analizowali dane z wysokościomierza w poszukiwaniu obszarów lodu mniejszych od tych wewnątrz kraterów, ale wystarczająco dużych, aby dało się je dojrzeć za pomocą instrumentu. Udało się odkryć cztery, z których każdy miał średnice mniejsze niż 5 km.

„Te cztery obszary to  tylko te, które mogliśmy zaobserwować za pomocą instrumentów MESSENGERa”, mówi Deutsch. „Uważamy, że najprawdopodobniej jest ich dużo, dużo więcej, tyle że ich rozmiary mieszczą się w zakresie od kilometra do kilku centymetrów”.

Wiedza o istnieniu tych mniejszych obszarów lodu i fakt, że mogą one odpowiadać za nieco jaśniejszą powierzchnię Merkurego na zewnątrz kraterów, mogą dramatycznie zwiększyć szacunki iloci lodu wodnego na Merkurym. Naukowcy uważają, że podobne mało-skalowe depozyty lodu istnieją także w pobliżu kraterów Księżyca. Modele wskazują, że uwzględnienie tych drobnych zasobów lodu może dwukrotnie zwiększyć szacunki ilości lodu na naszym satelicie naturalnym. To samo może tyczyć się pierwszej planety od Słońca.

W jaki sposób ten biegunowy lód mógł znaleźć się na Merkurym pozostaje kwestią otwartą. Wiodąca hipoteza mówi, że lód dotarł tam na bogatych w wodę kometach i planetoidach. Inna z kolei mówi, że wodór mógł zostać zasiany na powierzchni przez wiatr słoneczny, a z czasem wszedł w reakcje z źródłem tlenu prowadząc do powstania wody.

Jim Head, promotor doktoratu Deutscha i współautor tego badania wskazuje, że praca jego podopiecznego tworzy nowe warunki do poszukiwania odpowiedzi na kluczowe pytania planetologii.

„Jedną z kluczowych kwestii, którą chcielibyśmy zrozumieć, jest sposób w jaki woda i inne związki lotne dostały się na wewnętrzne planety Układu Słonecznego – Ziemię, Księżyc i ich planetarnych sąsiadów”, mówi Head.  „Badania wskazują, że istnieją nowe miejsca, w których możemy poszukiwać wody.”

Źródło: Brown University