Жгучая дневная жара Меркурия может помочь ей сделать свой собственный лед в шапках

K_O_S | 30 марта, 2020 | Астрономия | Комментариев нет

Уже трудно поверить, что на Меркурии есть лед, где дневная температура достигает 400 градусов по Цельсию или 750 градусов по Фаренгейту. Теперь в предстоящем исследовании говорится, что вулканическая жара на планете, ближайшей к Солнцу, вероятно, помогает сделать часть этого льда.

Как и в случае с Землей, астероиды доставляли большую часть воды Меркурия, научный консенсус имеет место. Но экстремальная дневная жара может сочетаться с минусом 200 градусов по Цельсию в укромных уголках полярных кратеров, которые никогда не видят солнечного света в качестве гигантской лаборатории химического производства льда, говорят исследователи из Технологического института Джорджии.

Химия не слишком сложна. Но новое исследование моделирует его на сложные условия на Меркурии, включая солнечные ветры, которые наполняют планету заряженными частицами, многие из которых являются протонами, ключом к этой химии. Модель представляет собой реальный путь для возникновения и накопления воды, когда лед на планете изобилует всеми необходимыми компонентами.

«Это не странная идея из левого поля. Основной химический механизм наблюдался десятки раз в исследованиях с конца 1960-х годов», — сказал Брант Джонс, исследователь из Школы химии и биохимии штата Джорджия и первый автор статьи. , «Но это было на четко определенных поверхностях. Применение этой химии к сложным поверхностям, таким как на планете, является новаторским исследованием».

Горячая, простая химия

Минералы в поверхностной почве Меркурия содержат так называемые гидроксильные группы (ОН), которые генерируются в основном протонами. В этой модели экстремальное тепло помогает высвободить гидроксильные группы, а затем дает им энергию, чтобы врезаться друг в друга, образуя молекулы воды и водорода, которые отрываются от поверхности и перемещаются вокруг планеты.

Некоторые молекулы воды разрушаются солнечным светом или поднимаются далеко над поверхностью планеты, но другие молекулы приземляются возле полюсов Меркурия в постоянных тенях кратеров, которые защищают лед от солнца. У Меркурия нет атмосферы и, следовательно, нет воздуха, который бы проводил тепло, поэтому молекулы становятся частью постоянного ледникового льда, находящегося в тени.

«Это немного похоже на песню Hotel California. Молекулы воды могут регистрироваться в тени, но они никогда не могут уйти», — сказал Томас Орландо, профессор Школы химии и биохимии штата Джорджия и главный исследователь исследования. Орландо стал одним из основателей Технологического центра космических технологий и исследований штата Джорджия.

«Общее количество, которое, как мы полагаем, превратится в лед, составляет 1013 кг (10 000 000 000 000 кг или 11 023 110 000 тонн) за период около 3 миллионов лет», — сказал Джонс. «Процесс может легко составить до 10 процентов от общего количества льда Меркурия».

Исследователи опубликуют свои результаты в « Astrophysical Journal Letters» в понедельник, 16 марта 2020 года. Исследование финансировалось программой Виртуального института исследования солнечной системы (SSERVI) НАСА и программой Планетарной атмосферы НАСА.

Космический корабль подтверждает лед

В 2011 году зонд НАСА начал вращаться вокруг Меркурия и подтвердил сигналы, типичные для ледникового льда вблизи полюсов. Космический аппарат MESSENGER (поверхность Меркурия, Космическая среда, GEochemistry and Ranging) отправил обратно изображения и данные, которые подтвердили предыдущие подписи для льда, снятого несколькими годами ранее наземным радаром.

Лед был темным и скрывался в постоянных тенях в полярных кратерах на Меркурии, который покрыт шрамами метеорита и астероида, очень похожими на луну Земли. Фактически, сходство между двумя сферами, включая их размеры, привело ко многим сравнениям, включая вероятность наличия водяного льда на обоих.

Люди нашли слабые признаки возможного льда на Луне, но нашли лед с почти абсолютной уверенностью и в сравнительном изобилии на Меркурии. Это вызвало головокружение: если астероиды, кометы и метеориты разбили Меркурий и Луну водой, что объясняет разницу в наличии льда? Получил ли Меркурий немного воды таким образом, чтобы она не работала на Луне?

«Процесс в нашей модели не был бы столь же продуктивным на Луне. Во-первых, недостаточно тепла, чтобы существенно активировать химию», — сказал Джонс.

В отдельном проекте лаборатория Орландо разрабатывает систему, основанную на той же химии, для создания воды на Луне для будущих станций астронавтов, которые будут там находиться.

«Большие магнитные торнадо»

Протонов от солнечных ветров больше на Меркурии, чем на Земле, где мощное магнитное поле отбрасывает частицы солнечного ветра, включая протоны, обратно в космос. Поле Меркурия составляет всего около 1%, и оно протягивает протоны на поверхность.

«Они похожи на большие магнитные торнадо, и со временем они вызывают огромные миграции протонов на большей части поверхности Меркурия», — сказал Орландо.

Протоны внедряются в почву по всей планете глубиной около 10 нанометров, образуя в минералах гидроксильные группы (ОН), которые диффундируют к поверхности, где тепло делает остальное.

«Я бы признал, что большое количество воды на Меркурии было доставлено путем воздействия астероидов», — сказал Джонс. «Но есть также вопрос, откуда астероиды, наполненные водой, получают эту воду. Подобные процессы могли бы помочь сделать это».

«Комете или астероиду на самом деле не нужно нести воду, потому что столкновение наедине с планетой или луной также может сделать воду», — сказал Орландо. «Меркурий и луна всегда поражаются небольшими метеороидами, поэтому это происходит постоянно».

Источник истории:

Материалы предоставлены Технологическим институтом Джорджии . Оригинал написан Беном Брумфилдом. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

Связанные мультимедиа :

Видео с YouTube: 400-градусная жара Меркурия может помочь сделать лед

Ссылка на журнал :

Б. М. Джонс, М. Сарантос, Т. М. Орландо. Новый квазинепрерывный источник молекулярной воды на ртути на солнечном ветру in situ . Астрофизический Журнал , 2020; 891 (2): L43 DOI: 10,3847 / 2041-8213 / ab6bda