Nye observationer fra MESSENGER-rumfartøjet giver overbevisende støtte til den langvarige hypotese om, at Merkur har rigelig vandis i sine polære kratere.
Tre uafhængige bevislinjer understøtter denne konklusion: de første målinger af overskydende brint ved Mercurys nordpol med MESSENGER's Neutron Spectrometer, de første målinger af refleksionen af Mercury's polære aflejringer ved næsten infrarøde bølgelængder med Mercury Laser Altimeter (MLA) og første detaljerede modeller af overfladetemperaturer og næsten-overfladetemperaturer i Mercurys nordpolregioner, der bruger den faktiske topografi af Merkurius overflade målt af MLA. Disse fund præsenteres i tre artikler, der offentliggøres online i dag i Science Express.
Permanent skyggede polære kratere (til venstre). Mosaik af MESSENGER-billeder af Mercurys nordpolregion (til højre). Billedkreditter: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington / National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory
I betragtning af dens nærhed til Solen synes Mercury at være et usandsynligt sted at finde is. Men vippet på Merkurius rotationsakse er næsten nul - mindre end en grad - så der er lommer ved planetens poler, der aldrig ser sollys. Forskere antydede for årtier siden, at der kan være vandis og andre frosne flygtige stoffer fanget ved Merkurys poler.
Ideen fik et løft i 1991, da Arecibo-radioteleskopet i Puerto Rico opdagede usædvanligt radar-lyse pletter ved Mercurys poler, pletter, der reflekterede radiobølger på den måde, man kunne forvente, hvis der var vandis. Mange af disse programrettelser svarede til placeringen af store slagkratre, der blev kortlagt af Mariner 10-rumfartøjet i 1970'erne. Men fordi Mariner så mindre end 50 procent af planeten, manglede planetariske forskere et komplet diagram over polerne for at sammenligne med billederne.
MESSENGERs ankomst til Mercury sidste år ændrede det. Billeder fra rumfartøjets Mercury Dual Imaging System taget i 2011 og tidligere i år bekræftede, at radar-lyse træk ved Merkurys nord- og sydpol er inden for skyggeområder på Mercury's overflade, fund, der er i overensstemmelse med vand-ishypotesen.
Nu viser de nyeste data fra MESSENGER stærkt, at vandis er den vigtigste bestanddel af Merkurys nordpolaflejringer, at is udsættes ved overfladen i den koldeste af disse aflejringer, men at isen er begravet under et usædvanligt mørkt materiale over det meste af aflejringer, områder, hvor temperaturerne er lidt for varme til, at isen er stabil på selve overfladen.
MESSENGER bruger neutronspektroskopi til at måle gennemsnitlige brintkoncentrationer inden for Mercurys radar-lyse regioner. Vand-iskoncentrationer er afledt af brintmålingerne. "Neutronedataene indikerer, at Mercurys radar-lyse polære aflejringer i gennemsnit indeholder et brint-rigt lag, der er mere end tituscentimeter tykt under et overfladisk lag 10 til 20 centimeter tykke, der er mindre rig på brint," skriver David Lawrence, en MESSENGER Deltagende videnskabsmand baseret på The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory og hovedforfatter af et af artiklerne. "Det nedgravede lag har et brintindhold, der er i overensstemmelse med næsten ren vandis."
Data fra MESSENGER's Mercury Laser Altimeter (MLA) - der har fyret mere end 10 millioner laserimpulser på Mercury for at lave detaljerede kort over planetens topografi - bekræfter radarresultaterne og Neutron Spectrometer-målinger af Mercury's polære region, skriver Gregory Neumann fra NASA Goddard Space Flight Center. I et andet papir rapporterer Neumann og hans kolleger, at de første MLA-målinger af de skyggefulde nordpolregioner afslører uregelmæssige mørke og lyse aflejringer ved næsten infrarød bølgelængde nær Mercurys nordpol.
"Disse reflektionsanomalier er koncentreret på polvardvendte skråninger og kollateres rumligt med områder med høj radar-tilbagespredning, der er postuleret for at være et resultat af nær overfladevandis," skriver Neumann. "Korrelation af observeret reflektans med modellerede temperaturer indikerer, at de optisk lyse regioner er i overensstemmelse med overfladevandis."
MLA registrerede også mørke pletter med formindsket refleksion, i overensstemmelse med teorien om, at isen i disse områder er dækket af et termisk isolerende lag. Neumann antyder, at påvirkninger fra kometer eller flygtige rige asteroider kunne have givet både de mørke og lyse aflejringer, hvilket blev bekræftet i et tredje papir ledet af David Paige fra University of California, Los Angeles.
Paige og hans kolleger leverede de første detaljerede modeller af overfladetemperaturer og næsten-overfladetemperaturer i Mercurys nordpolregioner, der bruger den faktiske topografi af Merkurys overflade målt ved MLA. Målingerne "viser, at den rumlige fordeling af regioner med høj radar-tilbagespredning stemmer godt overens med den forudsagte fordeling af termisk stabil vandis," skriver han.
Ifølge Paige er det mørke materiale sandsynligvis en blanding af komplekse organiske forbindelser, der leveres til kvikksølv ved påvirkningen af kometer og flygtige rige asteroider, de samme genstande, der sandsynligvis leverede vand til den inderste planet. Det organiske materiale kan være blevet mørklagt yderligere af udsættelse for den hårde stråling på Merkurius overflade, selv i permanent skyggeområder.
Dette mørke isolerende materiale er en ny rynke til historien, siger Sean Solomon fra Columbia University's Lamont-Doherty Earth Observatory, hovedetterforsker for MESSENGER-missionen. ”I mere end 20 år har juryen overvejet, om planeten tættest på Solen er vært for rigelig vandis i dens permanent skygge polare områder. MESSENGER har nu afsagt en enstemmig bekræftende dom. ”
”Men de nye observationer har også rejst nye spørgsmål,” tilføjer Solomon. ”Består de mørke materialer i de polære aflejringer for det meste af organiske forbindelser? Hvilken slags kemiske reaktioner har dette materiale oplevet? Er der regioner i eller inden for Kviksølv, der kan have både flydende vand og organiske forbindelser? Kun med den fortsatte udforskning af Merkur kan vi håbe på at gøre fremskridt med disse nye spørgsmål. ”
Via NASA