В понедельник 16 марта в Техасе открылась 46-я Лунно-планетная конференция. Среди множества других докладов на ней были представлены последние данные, полученные КА «Мессенджер». Первая планета Солнечной системы оказалась гораздо загадочнее, чем считалось ранее.


Изменение высоты перицентра орбиты КА «Мессенджер» с 21 января по 30 апреля 2015 года.
«Мессенджер» был запущен в космос 3 августа 2004 года и вышел на орбиту вокруг Меркурия 18 марта 2011 года. Первоначально миссия была рассчитана на 1 земной год, но впоследствии неоднократно продлевалась.

Одним из неожиданных открытий «Мессенджера» стали загадочные «ямы» (hollows). Этот тип рельефа был найден только на Меркурии, ничего подобного ни на какой другой планете Солнечной системы (включая Луну) нет.
Сначала «ямы» были обнаружены как яркие пятна неправильной формы на дне некоторых кратеров:


«Ямы» в кратере Sander.
Снимки высокого разрешения показали, что ямы – понижения рельефа неправильной формы с ярким дном. Их происхождение полностью еще не ясно, но предполагается, что они сформировались путем сублимации подповерхностных пород. Глубина ям, измеренная по величине теней, оценивается в несколько десятков метров.

Определив глубину ям, можно оценить и количество вещества, испарившегося при их формировании.


Подсчет количества мелких кратеров в ямах и в их окрестностях показал, что ямы очень молоды – кратеров в них практически нет!

Помимо ударных кратеров, на Меркурии обнаружены вулканические жерла:


Вулканическая кальдера вблизи кратера Копленд. Нижний снимок в лучшем разрешении показывает часть верхнего снимка, обведенную красной рамкой.


Интересно, что на склонах кальдеры явно просматриваются слои из светлого вещества, также видны овраги и «ямы». Ямы находятся на разной высоте, что говорит о присутствии сублимирующего вещества на разной глубине под поверхностью Меркурия.

КА «Мессенджер» был снабжен рентгеновским спектрометром (XRS), позволяющим изучать элементный состав поверхности Меркурия. Спектрометр чувствителен к рентгеновским лучам в диапазоне от 1 до 10 кэв, где находятся спектральные линии магния, алюминия, кремния, серы, кальция, титана и железа. Во время основной миссии пространственное разрешение XRS составляло от 200 до 1000 км на пиксель, однако теперь, когда «Мессенджер» пролетает совсем низко над поверхностью Меркурия, это разрешение стало лучше 100 км на пиксель. Основываясь на данных, полученных рентгеновским спектрометром, ученые составили карты распространенности ряда химических элементов относительно кремния (т.е. карты отношений Mg/Si, S/Si, Fe/Si и др.) в самом верхнем слое поверхности Меркурия.


Как оказалось, химический состав поверхности Меркурия резко неоднороден. Отношение магния к кремнию меняется от 10 до 80%, причем часто это происходит на малых масштабах порядка нескольких десятков километров.


В глобальном масштабе на карте Меркурия выделяется огромная «магниевая аномалия» – область, где содержание магния относительно кремния особенно велико. Интересно, что в области «магниевой аномалии» также резко увеличено содержание кальция, серы и железа, а содержание алюминия, напротив, самое низкое относительно других областей. Ученые предполагают, что элементные аномалии являются следами очень древнего и уже почти полностью разрушенного колоссального ударного бассейна.


Сравнение очертаний «магниевой аномалии» и районов повышенной концентрации серы и железа.
Кроме того, КА «Мессенджер» подтвердил, что глобальное сжатие Меркурия привело к образованию многочисленных эскарпов – протяженных извилистых гребней, протянувшихся на сотни километров. Длина самого крупного эскарпа – Enterprise Rupes – превышает тысячу километров, а высота достигает 3 км. Механизм образования эскарпов показан на иллюстрации ниже:


Однако кроме крупных эскарпов на поверхности Меркурия обнаружилось и множество мелких, глубиной всего в несколько десятков метров. Возраст этих линейных тектонических структур не превышает 50 млн. лет!


Обнаружение относительно свежих деталей рельефа, таких, как «ямы» и небольшие грабены и эскарпы, говорит о геологической активности Меркурия, продолжающейся до настоящего времени.

Ось вращения Меркурия почти перпендикулярна плоскости его орбиты (отклонение от вертикали составляет всего 2.1 ± 0.1 угловых минуты). Это приводит к тому, что в глубокие кратеры, расположенные вблизи полюсов, никогда не заглядывают прямые солнечные лучи, и температура остается очень низкой. На изображении ниже представлена северная околополярная область планеты, покрашенная в цвета, соответствующие максимальной температуре, достигаемой в течение меркурианских солнечных суток. Красный цвет соответствует температуре, превышающей 400К, фиолетовый – 50К. Как мы видим, даже максимальная температура в вечно затененных кратерах остается очень низкой (меньше 100К).

Еще наземные радарные наблюдения Меркурия привели к обнаружению в его северной околополярной области ярких (в отраженных радиолучах) пятен, которые связали с отложениями водяного льда в вечно затененных кратерах. Наблюдения, проведенные КА «Мессенджер», полностью подтвердили эту гипотезу.


Вечно затененный 27-километровый кратер Фуллера (Fuller) с координатами 82.63° северной широты, 317.35° восточной долготы). Его кромка очерчена пурпурной линией.
Хотя прямые солнечные лучи в околополярные кратеры не попадают, их дно все-таки слегка подсвечивается отраженным от кромки светом. Увеличив время экспозиции, «Мессенджер» смог получить снимки дна некоторых затененных кратеров, в частности, кратера Фуллера.


Кратер Фуллера, слегка подсвеченный рассеянным светом. Желтыми стрелками показана граница области с очень низким альбедо.
Моделирование температурного режима в кратере Фуллера показало, что температуры там достаточно низки для того, чтобы водяной лед находился в грунте – но недостаточно низки, чтобы он мог находиться непосредственно на поверхности. Скорее всего (сумма фактов свидетельствует именно об этом) водяной лед в кратере Фуллера покрыт тонким слоем очень темного богатого органикой вещества, предохраняющего его от сублимации. Четкая резкая граница области с низким альбедо говорит о геологической молодости этой особенности (в противном случае она бы уже деградировала под действием метеоритной бомбардировки).

Водяной лед может быть занесен на Меркурий кометами, но, скорее всего, его происхождение связано с внутренними процессами. Как предполагают ученые, водяной пар постепенно просачивается к поверхности из недр Меркурия и замерзает в холодных ловушках околополярных кратеров, откуда потом медленно сублимирует. Таким образом, отложения водяного льда находятся в динамическом равновесии между намерзанием и сублимацией.

Какая из гипотез ближе к истине, покажут дальнейшие исследования.

Источники: http://messenger.jhuapl.edu/news_room/presscon13_multi.html
http://messenger.jhuapl.edu/instruments/XRS.html
http://www.sciencemag.org/content/316/5825/710

Серия сообщений "Меркурий":
Часть 1 - Долгожданное прибытие. (Мессенджер)
Часть 2 - Цветные фотографии Меркурия.
...
Часть 20 - «Мессенджер» получил первые снимки залежей льда вблизи северного полюса Меркурия
Часть 21 - В небе Меркурия – звездопад
Часть 22 - Меркурий: свежие ямы, водяной лед, элементные аномалии
Часть 23 - Углеродная пыль с комет "закоптила" Меркурий, выяснили астрономы
Часть 24 - Последний снимок зонда Messenger
...
Часть 28 - Что значат 9 секунд в астрономии
Часть 29 - 9 мая 2016 года Меркурий совершит транзит по диску Солнца
Часть 30 - Европа, Япония и Россия будут изучать Меркурий