Langt fra at være død er Mercurys eksosfære dynamisk og fornyes konstant. Dette giver astronomer ledetråde om planetens overflade og miljø.
Skam dårlig Merkur. Den lille planet tåler utallige overfald ved intens sollys, kraftig solvind og kaldte miniatyr-meteorider mikrometeoroider. Planetens uklare dækning, eksosfæren, smelter næsten ind i rumvakuumet, hvilket gør den for tynd til at tilbyde beskyttelse. På grund af dette er det fristende at tænke på Merkuris eksosfære som bare de voldsramte rester af gammel atmosfære.
Men virkelig ændrer eksosfæren sig konstant og fornyes den med natrium, kalium, calcium, magnesium og mere - frigivet fra Merkurius jord ved spild af partikler. Disse partikler og Mercurys overfladematerialer reagerer på sollys, solvinden, Mercurys egen magnetiske kappe (magnetosfæren) og andre dynamiske kræfter. På grund af dette ser eksosfæren muligvis ikke den samme fra den ene observation til den næste. Langt fra at være død er Mercurys eksosfære et sted med fantastisk aktivitet, der kan fortælle astronomer meget om planetens overflade og miljø.
Tæthed af protoner fra solvinden, beregnet ved modellering af planetens magnetiske kappe eller magnetosfære. Billedkredit: NASA / GSFC / Mehdi Benna
Tre relaterede artikler skrevet af forskere ved NASA's Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, giver indsigt i detaljerne om, hvordan eksosfæren bliver genopfyldt og viser, at ny modellering af magnetosfæren og eksosfæren kan forklare nogle spændende observationer af planeten. Disse artikler offentliggøres som en del af Icarus'Særlige udgave af september 2010, som er viet til observationer af Kviksølv under den første og anden flybys i MESSENGER-rumfartøjet. MESSENGER er en forkortelse for MErcury Surface, Space EN Miljø, GEochemistry og Ranging.
1. Mercury's erstatning. Intet rumfartøj har været i stand til at lande på Merkur, så astronomer er nødt til indirekte at finde ud af, hvad der er i klodens jord. En tilgang er at studere Jordens måne. Goddards Rosemary Killen er ekspert på de ydre atmosfærer eller eksosfærer af både månen og Merkur. Da hun og hendes kolleger ville finde ud af, hvilken slags jord der kunne give anledning til koncentrationer af natrium og kalium, der findes i Mercurys eksosfære, så de på måneprøver. Deres bedste match? Prøver bragt tilbage af Ruslands rumfartøj Luna 16.
2. At gå deres separate måder. Atomer og molekyler i Jordens atmosfære hopper rundt og kolliderer hele tiden, men dette sker ikke meget i Mercurys eksosfære. I stedet har atomerne og molekylerne en tendens til at følge deres egne veje og er faktisk mere tilbøjelige til at kollidere med planetens overflade end med hinanden. En kombination af observationer fra jordbaserede teleskoper og nylige MESSENGER-data viser, at natrium, calcium og magnesium frigøres fra overfladen ved forskellige processer og opfører sig meget forskelligt i eksosfæren, bemærker Killen.
3. Kraften i sollys. Ny modellering afslørede en overraskende kraft, der frigav det meste af natriumet i Mercurys eksosfære og hale. Forskere havde forventet, at hovedfaktoren blev ladet partikler, der rammer overfladen og frigiver natrium i en proces kaldet ion-sputtering. I stedet synes hovedfaktoren at være fotoner, der frigiver natrium i en proces kaldet fotonstimuleret desorption (PSD), som kan forbedres i regioner, der er påvirket af ioner. Denne modellering blev udført af Matthew Burger, en forsker fra University of Maryland Baltimore County (UMBC), der arbejdede på Goddard sammen med Killen og kolleger ved hjælp af data fra den første og anden MESSENGER flybys. Sollys skubber natriumatomer væk fra planetens overflade for at danne den lange kometlignende hale. Burger sagde:
Strålingsaccelerationen er stærkest, når Merkur er i en mellemafstand fra solen. Det skyldes, at Merkur rejser hurtigst på det tidspunkt i sin bane, og dette er en af de faktorer, der bestemmer, hvor meget pres solens stråling udøver på eksosfæren.
Virkninger fra mikrometeoroider bidrager også op til 15 procent af det observerede natrium.
4. Hårdere i nord. Meget af natrium observeres ved nord- og sydpolen af Kvikksølv, men der blev fundet en skæv fordeling under den første MESSENGER flyby: natriumemissionerne var 30 procent stærkere på den nordlige halvkugle end den sydlige. Modellering af Mercurys magnetosfære udført af Mehdi Benna, en UMBC-videnskabsmand, der arbejder på Goddard og et medlem af MESSENGER-videnskabsteamet, og hans kolleger, kan hjælpe med at forklare denne observation. Modellen afslører fire gange flere protoner, der rammer Merkur nær nordpolen end nær sydpolen. Flere strejker betyder, at flere natriumatomer kunne frigøres ved ion-sputtering eller PSD. Det er nok af en forskel at forklare observationer. Benna sagde:
Dette sker, fordi det magnetiske felt, der kommer fra solen, blev vippet under Mercury flyby. Feltet var ikke symmetrisk, da det pakket rundt om Merkur. Denne konfiguration udsatte planeten nordpolar for flere solvindpartikler end den sydpolære region.
Mercury. Billedkredit: NASA
5. Skiftes i højt gear. Burger tilføjer, at stigningen i ladede partikler nær nordpolen fungerer sammen med de fotoner, der er involveret i PSD. Han forklarede:
PSD påvirker kun den ydre overflade af jordkornene. Overfladerne udtømmes hurtigt og frigiver en begrænset mængde natrium.
Han sagde, at mere natrium skal rejse fra indersiden af hvert korn til overfladen, og det tager nogen tid. Burger tilføjet:
Men stigningen i ladede partikler på nordpolen fremskynder hele denne proces, så mere natrium frigøres hurtigere.
6. Partikler i rillen. Efter protoner fra solvindbombardet Mercury's overflade, kan intens sollys ramme frigjorte materialer og omdanne dem til positive ioner (processen med fotoionisering). Modellering af Benna og kolleger afslører, at nogle af disse ioner muligvis kan rejse rundt i planeten i et "drivrem", måske ved at lave en halv løkke eller endda gå rundt flere gange, før de forlader bæltet. Benna sagde:
Hvis dette drivrem eksisterer, og hvis koncentrationen af ioner i drivremmen er høj nok, kan det skabe en magnetisk depression i dette område.
MESSENGER videnskabsteammedlemmer bemærkede en dukkert i magnetfeltet på begge sider af planeten. Benna bemærkede:
Men indtil videre kan vi ikke sige, at et drivrem forårsagede denne dukkert. Modeller fra os og af andre forskere fortæller os, at der kan dannes et drivrem, men er der nok ioner der til at forårsage en dukkert i magnetfeltet? Vi ved det ikke endnu.
7. Maverick magnesium. MESSENGER-rumfartøjet var den første, der fandt magnesium i Mercurys eksosfære. Killen siger, at astronomer forventede, at koncentrationen af magnesium ville være størst ved overfladen og tilspidses med afstand på den sædvanlige måde (eksponentielt henfald). I stedet fandt hun og hendes kolleger, at koncentrationen af magnesium over nordpolen i løbet af tredje flyby ...
… Hang der med en konstant densitet, og så pludselig faldt det som en klippe. Dette var bare en total overraskelse, og det er den eneste gang, vi har set denne underlige distribution.
Hvad mere er, siger Killen, temperaturen på dette magnesium kan nå titusinder af grader Kelvin, som er langt over overfladetemperaturen på 800 Fahrenheit (427 Celsius). De processer, der forventedes at arbejde på planetens overflade, kan sandsynligvis ikke tage højde for dette. Killen sagde:
Kun en meget højenergiproces kan producere magnesium, der er så varmt, og vi ved ikke, hvad den proces er endnu.
Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory bygget og driver MESSENGER-rumfartøjet og administrerer denne mission i Discovery-klassen for NASA.
Dette indlæg blev oprindeligt offentliggjort på NASAs MESSENGER-sted den 1. september 2010.
Nederste linje: Tre relaterede artikler skrevet af forskere ved NASA's Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og deres kolleger giver indsigt i detaljerne om, hvordan eksosfæren i Mercury bliver genopfyldt, og viser, at ny modellering af magnetosfæren og eksosfæren kan forklare observationer af planeten.