Данные MESSENGER заставляют пересмотреть взгляды на происхождение Меркурия

На последней встрече Американского астрономического общества в Анкоридже (США) астроном Шон Соломон из Института Карнеги в Вашингтоне раскрыл ряд результатов наблюдений автоматической межпланетной станции Mercury MESSENGER, с 2011 года вращающейся вокруг ближайшей к Солнцу планеты.

Похоже, несколько традиционных теорий по поводу Меркурия придётся отвергнуть, а иные — пересмотреть.

Станция Mercury MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging, «Меркурианская поверхность, космическое окружение, геохимия и измерение расстояний»), как все мы помним, в прошлом году после семилетнего путешествия начала вращаться по круговой орбите вокруг Меркурия, приступив к его интенсивному изучению. За относительно короткое время аппарат смог сильно озадачить астрономов. Его данные серьёзно противоречат существующим моделям образования близкой к Солнцу бесплодной планеты, столь богатой железом и столь бедной лёгкими элементами.

Напомним, сейчас их две. Первая: когда-то Меркурий имел нормальный состав с меньшим количество металлов и избытком лёгких элементов. Масса планеты была приблизительно в 2,25 раза больше нынешней. Затем Меркурий испытал столкновение с планетезималью, приблизительно вшестеро легче его самого и двигавшейся со скоростью до 20 км/с. Бóльшую часть коры и верхнего слоя мантии при этом унесло в космос; ядро же планеты, состоящее из более тяжёлых элементов, сохранилось.

Вариант номер два: Меркурий сформировался в уже крайне обеднённой лёгкими элементами внутренней части протопланетного диска, поскольку эти лёгкие элементы были выметены солнечным излучением во внешние области Солнечной системы.

Увы, обе гипотезы теперь под подозрением.

Во-первых, геохимически Меркурий оказался очень разнообразен. Теория о плотной планете с большим железным ядром и пониженным содержанием лёгких элементов нуждается в некоторой ревизии. Да, несмотря на малые размеры, гравитация на поверхности равна марсианской. И всё же лёгкие элементы там есть. У полярных областей MESSENGER обнаружил чрезвычайно яркие (в смысле отражения радарных сигналов) области. По всей видимости, это водный лёд, не тающий из-за вечной тени у полюсов (наклон орбиты у Меркурия в несколько раз меньше земного).

Во-вторых, у Меркурия оказалась богатейшая история вулканизма, поскольку его поверхность устилают толстые слои относительно гладкой лавы. По сравнению с лунной и даже марсианской поверхность очень ровная: как правило, это обширные равнины с перепадами высот в считанные километры. Гипотеза планеты-ядра просто не стыкуется с этим: для вулканической активности нужны полноценная мантия и кора. MESSENGER также обнаружил подповерхностные концентрации плотных тел — предположительно, астероидов, погребённых под слоями лавы.

Меркурий испещрён «оспинами» — яркими небольшими понижениями (депрессиями) неясной природы. На той же Луне ничего подобного нет. Похоже, поверхность планеты — причём относительно недавно — располагала большими, локально сконцентрированными массами весьма летучих веществ, которые позднее испарились. Под действием чего? Если Солнца, то почему они не улетучились раньше? Ведь, по современным теориям, Меркурий «всегда тут был», то есть сформировался уже у Солнца. Впрочем, в XIX веке существовала теория о том, что Меркурий в прошлом являлся спутником Венеры, который впоследствии она «потеряла». Через столетие были проведены вычисления, продемонстрировавшие, что эта гипотеза хорошо объясняет большое удлинение (эксцентриситет) орбиты Меркурия и его резонансный характер обращения вокруг Солнца, а также потерю вращательного момента как у Меркурия, так и у Венеры и приобретение последней ненормального вращения, обратного основному в Солнечной системе.

Кроме того, на базе имеющихся данных был сделан такой вывод: под скалистой корой планеты есть три слоя. Сначала, в мантии, идут сульфиды железа, затем фаялит, окружающий само железное ядро. Все эти слои не смешиваются между собой. Более того, на поверхности методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии было обнаружено изобилие радиоактивного калия-40 по сравнению с радиоактивными изотопами тория-232 и урана-238. Однако уран и торий значительно более тугоплавки, и если их концентрации невысоки на фоне относительно летучего калия, то ни о каком нагреве поверхности при столкновении с крупной планетезималью говорить не приходится: калия было бы очень мало, а урана и тория много больше.

На полученных изображениях хорошо видны «оспины» — некратерные образования неясной природы, возможно, появившиеся при испарении того, что их ранее заполняло. Что они делают на «планете-ядре»?

Такое строение подповерхностных слоёв и состав поверхности не имеют ничего общего ни с теорией формирования Меркурия вблизи Солнца сразу без лёгких элементов, ни с потерей коры и мантии вследствие столкновения с крупным небесным телом. Ведь тогда никаких чётких, несмешанных слоёв просто не могло быть. Единственное, что может объяснить и подобное строение, и «оспины», — формирование планеты в более прохладных условиях.

Некоторый (не столь большой, как считалось) дефицит лёгких элементов на поверхности вызван скорее их испарением по мере нагрева светилом. И тем не менее астрономы далеки от возврата к идее миграции Меркурия к Солнцу: по новым расчётам, до полного «рассасывания» протопланетного диска даже близко к звезде на планете может быть большое количество лёгких элементов, которым не даёт испариться «защита» из газа, рассеивающего излучение близлежащего светила. Ну а после того, как такая защита исчезла, лёгкие элементы испарились.

Более сложный момент — гипотетические «полярные шапки» (точнее, лёд в приполярных областях), отражающиеся на радарах как яркие пятна. Данные об этом поступают с 1990-х годов, когда астрономы впервые зафиксировали отражение излучения радаров от местного приполярья. Считалось, что это материал комет, сохранившийся едва ли не чудом, когда часть такого материала попала в глубокие кратеры у полюсов.

По наблюдениям MESSENGER, такой отражающий радиоволны материал наличествует не просто в кратерах, а строго на их дне, куда никогда не падают лучи Солнца. При этом таких «водоносных» кратеров оказалось очень много — больше, чем ожидалось.

Наконец, новые сведения о Меркурии вызывают ещё один, более общий вопрос: если мы можем так ошибаться с происхождением и химическим разнообразием поверхности планеты земной группы в нашей собственной Солнечной системе, то насколько же неполны наши представления об экзопланетах, вращающихся вокруг других солнц?

О других свежих воззрениях на внутреннее строение Меркурия можно почитать здесь.

Подготовлено по материалам Discovery News.

www