Екстремни ефекти: Седем неща, които не сте знаели за Меркурий

Жалко беден Меркурий. Малката планета издържа на безкрайни нападения от интензивна слънчева светлина, мощен слънчев вятър и високоскоростни миниатюрни метеороиди, наречени микрометеороиди . Плавното покритие на планетата, екзосферата, почти се смесва с вакуума на космоса, което го прави твърде тънък, за да предложи защита. Поради това е изкушаващо да се мисли за екзосферата на Меркурий като просто очуканите останки от древна атмосфера.

Наистина обаче екзосферата непрекъснато се променя и се обновява с натрий, калий, калций, магнезий и други - освобождава се от почвата на Меркурий чрез баражи на частици. Тези частици и повърхностните материали на Меркурий реагират на слънчевата светлина, слънчевия вятър, собствената магнитна обвивка на Меркурий (магнитосферата) и други динамични сили. Поради това екзосферата може да не изглежда еднакво от едно наблюдение до друго. Екзосферата на Меркурий далеч не е мъртва, място на невероятна дейност, което може да каже на астрономите много за повърхността и околната среда на планетата.

Плътност на протоните от слънчевия вятър, изчислена чрез моделиране на магнитната обвивка на планетата или магнитосфера. Кредит за изображения: НАСА / GSFC / Мехди Бена

Три свързани статии, написани от учени от центъра за космически полети на Годард в Гринбелт, Мериленд, предлагат вникване в детайлите как екзосферата се презарежда и показват, че новото моделиране на магнитосферата и екзосферата може да обясни някои интригуващи наблюдения на планетата. Тези документи са публикувани като част от специалния брой на Icarus от септември 2010 г., който е посветен на наблюденията на Меркурий по време на първия и втория полет на космическия кораб MESSENGER. MESSENGER е кратко за MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry и Range.

1. заместител на живак. Нито един космически кораб не е могъл да кацне на Меркурий, така че астрономите трябва да установят косвено какво има в почвата на планетата. Един от подходите е да се изследва земната луна. Розмари Килен от Годард е експерт по външните атмосфери или екзосферите както на Луната, така и на Меркурий. Когато тя и нейните колеги искаха да разберат каква почва може да доведе до концентрации на натрий и калий, открити в екзосферата на Меркурий, те разгледаха лунните проби. Най-добрият им мач? Проби, върнати от руския космически кораб Luna 16.

2. Изминавайки своите отделни пътища. Атомите и молекулите в земната атмосфера скачат и се сблъскват през цялото време, но това не се случва много в екзосферата на Меркурий. Вместо това атомите и молекулите са склонни да следват своите собствени пътища и всъщност е по-вероятно да се сблъскат с повърхността на планетата, отколкото една с друга. Комбинация от наблюдения от телескопи на Земята и последните данни на MESSENGER показват, че натрий, калций и магнезий се освобождават от повърхността при различни процеси и се държат много различно в екзосферата, отбелязва Килън.

3. Силата на слънчевата светлина. Ново моделиране разкри изненадваща сила, отделяща по-голямата част от натрия в екзосферата и опашката на Меркурий. Изследователите са очаквали основният фактор да бъдат заредени частици, които удрят повърхността и отделят натрий в процес, наречен разпръскване на йони. Вместо това изглежда, че основният фактор е фотоните, освобождаващи натрий в процес, наречен фотон-стимулирана десорбция (PSD), който може да бъде засилен в региони, засегнати от йони. Това моделиране беше направено от Матю Бъргър, изследовател от Университета на Мериленд Окръг Балтимор (UMBC), работещ в Годард с Килън и колегите му, използвайки данни от първия и втория мухолов MESSENGER. Слънчевата светлина изтласква натриевите атоми далеч от повърхността на планетата, за да образува дългата опашка, наподобяваща комета. Бъргър каза:

Ускорението на радиация е най-силно, когато Меркурий е на средно разстояние от слънцето. Това е така, защото Меркурий пътува най-бързо в тази точка от орбитата си и това е един от факторите, които определят колко налягане излъчва слънчевата радиация върху екзосферата.

Въздействието от микрометеороидите също допринася до 15 процента от наблюдавания натрий.

4. По-суров на север. Голяма част от натрия се наблюдава при северния и южния полюс на Меркурий, но по време на първия полет на MESSENGER е открито лопирано разпределение: натриевите емисии са били с 30 процента по-силни в северното полукълбо от южното. Моделирането на магнитосферата на Меркурий, направено от Мехди Бена, учен от UMBC, работещ в Годард и член на научния екип MESSENGER, и неговите колеги може да помогне да се обясни това наблюдение. Моделът разкрива четири пъти повече протони, удрящи Меркурий близо до северния полюс, отколкото близо до южния. Повече удари означава, че повече натриеви атоми могат да бъдат освободени чрез йонно разпръскване или PSD. Достатъчно е разлика, за да обясните наблюденията. Бена каза:

Това се случва, защото магнитното поле, идващо от слънцето, се е наклонило по време на полета на Меркурий. Полето не беше симетрично, когато се уви около Меркурий. Тази конфигурация изложи северния полярния регион на планетата на повече частици от слънчевия вятър, отколкото южния полярен регион.

Живак. Кредит за изображения: НАСА

5. Превключване на висока предавка. Бъргър добавя, че увеличаването на заредените частици в близост до северния полюс работи заедно с фотоните, участващи в PSD. Той обясни:

PSD засяга само външната повърхност на зърната на почвата. Повърхностите бързо се изчерпват и отделят ограничено количество натрий.

Той каза, че повече натрий трябва да пътува от вътрешността на всяко зърно до повърхността и това отнема известно време. Burger добавен:

Но увеличаването на заредените частици на северния полюс ускорява целия този процес, така че повече натрий се освобождава по-бързо.

6. Частици в жлеба. След като протоните от слънчевия вятър бомбардират повърхността на Меркурий, интензивната слънчева светлина може да удари освободените материали и да ги превърне в положителни йони (процесът на фотоионизация). Моделирането на Бена и неговите колеги разкрива, че някои от тези йони може да са в състояние да обикалят планетата в „дрейф колан“, може би правят половин контур или дори да обикалят няколко пъти, преди да излязат от колана. Бена каза:

Ако този дрейф колан съществува и ако концентрацията на йони в дрейф колан е достатъчно висока, това може да създаде магнитна депресия в този регион.

Членовете на научния екип на MESSENGER забелязаха потапяне в магнитното поле от двете страни на планетата. Бена отбеляза:

Но засега не можем да кажем, че дрифт колан предизвика това потапяне. Модели от нас и от други изследователи ни казват, че може да се образува дрейф колан, но има ли достатъчно йони там, за да предизвика потапяне в магнитното поле? Все още не знаем.

7. Маверик магнезий. Космическият апарат MESSENGER е първият, който открива магнезий в екзосферата на Меркурий. Килън казва, че астрономите са очаквали концентрацията на магнезий да бъде най-голяма на повърхността и да се стеснява с разстояние по обичайния начин (експоненциален разпад). Вместо това тя и нейните колеги откриха, че концентрацията на магнезий над северния полюс по време на третия полет ...

... висеше там с постоянна плътност, и изведнъж, тя падна като скала. Това беше просто тотална изненада и това е единственият път, когато сме виждали това странно разпределение.

Нещо повече, казва Килън, температурата на този магнезий може да достигне десетки хиляди градуса Келвин, което е много над температурата на повърхността от 800 Фаренхайт (427 Целзий). Процесите, които се очакваше да работят на повърхността на планетата, вероятно не могат да обяснят това. Килън каза:

Само много високоенергийният процес може да произведе толкова горещ магнезий и ние още не знаем какъв е този процес.

Лабораторията за приложна физика на университета Джон Хопкинс изгради и управлява космическия кораб MESSENGER и управлява тази мисия от класа Discovery за НАСА.

Тази публикация е публикувана първоначално на сайта на НАСА MESSENGER на 1 септември 2010 г.

Долен ред: Три свързани статии, написани от учени в центъра за космически полети на Годард в НАСА в Грийнбелт, Мериленд, и техните колеги предлагат вникване в подробностите за това как екзосферата на Меркурий се попълва и показват, че новото моделиране на магнитосферата и екзосферата може да обясни наблюденията на планетата.

Чрез НАСА МЕСЕНГЕР

Слънчеви вятърни пясъчници полюсите на Меркурий

На 17 март MESSENGER става първият кораб за орбита на Меркурий

Първо изображение на Меркурий от орбита в края на март 2011 г.