Похоже, что Меркурий содержит на удивление мало диоксида кремния, что позволяет предположить, что его древние вулканы извлекли чрезвычайно горячий, глубоко расплавленный материал внутри планеты. Фото: НАСА/Университет Джонса Хопкинса APL/Институт Карнеги в Вашингтоне.
Как сообщает наш новостной сайт, Меркурий и Земля после своего формирования пошли разными путями. Меркурий, самая маленькая и ближайшая к Солнцу планета, охладился относительно быстро. Примерно через миллиард лет после образования вулканическая активность, возможно, уже снизилась, в результате чего планета покрылась твердой сплошной каменистой корой.
Земля никогда не достигала такого состояния. Ее кора остается геологически активной: вулканы и тектоника плит постоянно меняют форму планеты. Меркурий же, напротив, в меньшей степени застыл на месте на протяжении миллиардов лет. Ученые все еще работают над тем, чтобы понять, как точно развернулась его вулканическая история и как эти ранние процессы создали мир, который мы наблюдаем сегодня.
Один из лучших способов изучить эту историю — исследовать химический состав поверхности Меркурия.
Неожиданно низкое содержание диоксида кремния указывает на раскаленное прошлое Меркурия
Исследователи из Института исследований Солнечной системы Макса Планка в Германии и университетов Мюнстера и Гёттингена (также Германия) теперь определили наиболее точную на сегодняшний день меру количества диоксида кремния на поверхности Меркурия.
Результаты, опубликованные в журнале Planetary Research, показывают неожиданный итог. Диоксид кремния содержит около 37 процентов поверхностного материала Меркурия по массе, что на 25 процентов меньше, чем указано в предыдущих оценках. Planetary Research — это журнал Diamond Open Access, что означает, что его исследования находятся в свободном доступе для читателей.
Диоксид кремния чрезвычайно распространен на Земле. Это соединение, состоящее из одного атома кремния и двух атомов кислорода, встречается в чистом виде в таких материалах, как песок, а также является основным компонентом вулканических пород. Базальт, андезит и гранит могут сохранять до 75 процентов диоксида кремния.
Неожиданно низкое количество этого соединения на Меркурии может дать ключ к пониманию того, как сформировалась кора планеты.
«Наши результаты показывают, что вулканические породы на Меркурии образовались из более глубоко расплавленного мантийного материала, чем предполагалось ранее», — сказал Кристиан Ренггли, ведущий автор новых исследований и руководитель «Экспериментальной лаборатории Magma Ocean», исследовательской группы при МПС.
Ключ к горячему интерьеру Меркурия
Мантия — это слой под твердой корой планеты. В начале истории планеты большая часть этого региона могла оставаться расплавленной.
По мере того, как расплавленная мантия постепенно остывает, первые затвердевшие формы содержат относительно мало диоксида кремния. По мере кристаллизации большего количества материала диоксид кремния становится все более концентрированным в оставшемся расплаве. Поэтому лава, достигшая поверхности позднее в этом процессе, сохраняет большее количество соединений.
Это означает, что необычно низкий уровень диоксида кремния на поверхности может привести к другой истории. В случае с Меркурием это открытие предполагает, что вулканический материал мог появиться из более континентальных зон мантии, которые подверглись более обширному плавлению при очень высоких температурах.
Другая возможность состояла в том, что кора Меркурия изначально излучала больше диоксида кремния, но постепенно теряла кислород.
Крошечные стеклянные бусины помогают расшифровать другую планету
Определить точно, из чего состоит Меркурий, сложно, поскольку ученые никогда не собирали образец горной породы с его поверхности. Там никогда не работал ни один посадочный аппарат, поэтому исследователям приходится полагаться на наблюдательное зондирование с помощью телескопов и космических кораблей.
Инфракрасное излучение, испускаемое поверхностью, может дать подсказку о том, какие минералы и химические соединения существуют. Задача состоит в том, чтобы научиться преобразовывать эти инфракрасные сигналы в надежную оценку состава.
скопические стеклянные шарики. Диаметр каждого бусина составлял около полмиллиметра, и количество диоксида кремния тщательно контролировалось. Затем измерила точные инфракрасные свойства каждого образца.
«Стеклянные бусины включают ту же функцию, что и калибровочные гири на весах», — сказал он. мысль Ирис Вебер из Мюнстерского университета. «Их вес точно известен. Таким образом, они позволяют нам правильно интерпретировать баланс весов. Точно такие же стеклянные бусины позволяют нам делать выводы по свойствам инфракрасного излучения».
Тестирование техники на Луне
Прежде чем применить этот метод к Меркурию, протестировали его ученые на гораздо более крупной естественной цели: Луне.
Луна предлагает чрезвычайно полезный тест, поскольку у учёных есть как предварительное наблюдение за телескопированием, так и реальные образы лунных пород. Лунный разведывательный орбитальный аппарат НАСА вращается вокруг Луны с 2009 года, собирая с помощью высокого уровня измерения инфракрасный излучатель, исходящий от ее поверхности.
В результате этих измерений и нового метода измерения исследователи создали первую полную карту, показывающую содержание диоксида кремния на поверхности Луны.
Затем они могли сравнить результаты с лунными камнями, доставленными на Землю из разных мест миссиями астронавтов и беспилотными космическими кораблями. Этот результат им проверен, соответствует их результатам, основанным на сравнении инфракрасного излучения, с известным составом образцов.
«Луна — это своего рода пробный камень для нас и важная концептуальная ступень на нашем пути к Меркурию».
Кристиан Ренггли, первый автор и руководитель «Экспериментальной лаборатории магматических океанов»; исследовательская группа MPS
Обращаясь к Меркурию
Только после того, как метод успешно пройдет это "Лунное испытание" применили ли исследователи это к Меркурию.
На заключительном этапе исследования они проанализировали инфракрасные наблюдения Меркурия, полученные с Земли, включая измерения, сделанные с помощью телескопа Бока в обсерватории Стюарда в последнем штате Аризоны.
Данные Эти данные позволили предположить, что поверхность Меркурия содержит около 37 процентов диоксида кремния, что значительно меньше, чем показали ученые ранее.
Теперь исследователи надеются, что миссия ЕКА BepiColombo обеспечит еще более точную проверку их выводов.
BepiColombo может экономический химический состав Меркурия
BepiColombo, который состоит из двух отдельных зондов, предоставленных ЕКА и JAXA, должен выйти на орбиту вокруг Меркурии в январе этого года. Первый шаг на пути к этому этапу миссии произошел 3 сентября 2026 года, когда оба зонда были отделены от транспортного модуля.
Оказавшись на месте, прибор MERTIS компании BepiColombo будет собирать гораздо более точные инфракрасные измерения Меркурия со значительно более низким уровнем развития. МЕРТИС был разработан и построен под руководством DLR совместно с Институтом планетологии Мюнстерского университета.
Эти наблюдения могут гарантировать, что Меркурий действительно имеет такую необычно низкую динамику диоксида кремния, и дает ученым более четкую картину экстремальных условий, которые сформировали его кору миллиарды лет назад.
«Наше исследование закладывает основы для максимально точной информации о содержании диоксида кремния на поверхности Меркурия, получения оснований измерений BepiColombo», — сказал он. — сказал Кристиан Ренггли.