Merkury, najmniejsza i najbliższa Słońcu planeta Układu Słonecznego, przez dekady był uznawany za świat niemal jałowy – pozbawiony atmosfery i wyjałowiony z pierwiastków lotnych. Jednak najnowsze badania, których wyniki opublikowano właśnie w periodyku Nature Communications rzucają zupełnie inne światło na tę skalistą planetę. Naukowcy po raz pierwszy w historii wykryli obecność litu w jej egzosferze, wykorzystując innowacyjną technikę opartą na analizie fal elektromagnetycznych. Odkrycie to może całkowicie zmienić nasze rozumienie procesów kształtujących składy chemiczne ciał niebieskich.
Egzosfera Merkurego to niezwykle rzadka, niemal niewidoczna warstwa gazu otaczająca planetę, w której cząsteczki występują w bardzo niskim zagęszczeniu i rzadko wchodzą ze sobą w interakcje. Dotychczasowe misje kosmiczne, takie jak Mariner 10 i MESSENGER, potwierdziły w niej obecność wodoru, potasu, sodu i żelaza. Od lat podejrzewano również obecność litu, jednak bezpośrednie próby jego wykrycia nie przynosiły rezultatów – aż do teraz.
Wspieraj Puls Kosmosu na patronite.pl
Zespół naukowców z Austriackiej Akademii Nauk, kierowany przez Daniela Schmida, zamiast szukać samych atomów litu, skoncentrował się na wykryciu ich magnetycznego „odcisku palca”. Badacze poszukiwali charakterystycznych zakłóceń elektromagnetycznych – tzw. fal cyklotronowych jonów (ICW), które pojawiają się, gdy zjonizowane cząstki litu oddziałują z plazmą wiatru słonecznego.
Proces ten wygląda następująco: neutralne atomy litu zostają uwolnione z powierzchni Merkurego, a następnie zjonizowane przez intensywne promieniowanie ultrafioletowe Słońca. Tak powstałe jony litu są przechwytywane przez wiatr słoneczny – strumień naładowanych cząstek nieustannie wypływający z naszej gwiazdy. W wyniku interakcji jonów z otaczającą plazmą pojawiają się fale elektromagnetyczne o częstotliwościach unikalnych dla konkretnego pierwiastka. Dzięki temu badacze mogą wykryć obecność danego pierwiastka bez konieczności jego bezpośredniej obserwacji.
Analizując dane zebrane przez sondę MESSENGER w ciągu czterech lat, zespół zidentyfikował 12 krótkotrwałych zdarzeń (każde trwające zaledwie kilka minut), w których pojawiły się fale zgodne z obecnością jonów litu. Krótkotrwałość i intensywność tych zdarzeń sugerowały, że lit dostaje się do egzosfery gwałtownie i sporadycznie, a nie stopniowo – jak miałoby to miejsce w przypadku procesów takich jak sublimacja czy działanie wiatru słonecznego.
Źródłem tych nagłych wyrzutów okazały się uderzenia meteoroidów. Gdy obiekty o średnicy od 13 do 21 centymetrów uderzają w powierzchnię Merkurego z prędkością około 110 kilometrów na sekundę, energia zderzenia odparowuje zarówno sam meteoroid, jak i fragmenty powierzchni planety. Powstają wtedy niezwykle gorące chmury pary – o temperaturze sięgającej nawet 5000 kelwinów – zawierające między innymi lit. Według szacunków, pojedyncze uderzenie może przemieścić ilość materiału nawet 150 razy większą niż masa samego meteoroidu.
To odkrycie podważa dotychczasowe teorie, zgodnie z którymi Merkury już we wczesnej fazie swojego istnienia utracił większość pierwiastków lotnych – czy to w wyniku działania Słońca, czy katastrofalnych zderzeń. Obecność litu i innych lekkich pierwiastków sugeruje, że powierzchnia planety była przez miliardy lat wzbogacana przez ciągłe bombardowanie meteoroidami. Wskazuje to na znacznie bardziej dynamiczną historię geochemiczną tej planety, niż wcześniej sądzono.
Nowatorska metoda wykrywania pierwiastków przy użyciu analizy fal cyklotronowych może w przyszłości znaleźć zastosowanie również w badaniach innych ciał niebieskich – takich jak Księżyc, Mars czy planetoidy – które mają słabą lub brakującą atmosferę. Dzięki niej możliwe będzie lepsze zrozumienie, jak materia z przestrzeni kosmicznej może zmieniać skład chemiczny tych obiektów i wpływać na ich ewolucję powierzchniową.
Ostatecznie, odkrycie litu nie tylko wzbogaca listę pierwiastków obecnych na Merkurym, ale także zmienia nasze spojrzenie na historię tej tajemniczej planety.