Messenger - novinky z Merkúra

  • Marcel Škreka | 11 Január 2012
    Slnečná sústava
Messenger - prvá sonda uskutočňujúca dlhodobý prieskum Merkúra, zaparkovaná na obežnej dráhe okolo planéty. Kredit: NASA
Po troch úspešných obletoch Merkúra sa sonda Messenger 18. marca 2011 usadila na obežnej dráhe okolo našej najmenšej planéty. Odvtedy usilovne pracuje a zbiera údaje o geológii, povrchovom zložení, topografii, gravitačnom a magnetickom poli, exosfére a vplyve slnečného vetra.

Magnetické pole

Magnetické a gravitačné polia sú základom pre poznanie štruktúr vo vnútri planéty, ktoré prezradia viac o jej vzniku a vývoji. Magnetické pole Merkúra je vzhľadom na stred planéty vyosené o 1/10 jeho priemeru severným smerom. V pomere k rozmerom telesa je to najviac spomedzi planét Slnečnej sústavy a je výzvou pre teoretikov takýto exces vysvetliť.

Magnetické pole je preto v blízkosti severného pólu 3,5 krát silnejšie ako pri južnom. Častice slnečného vetra a iné nabité častice by tak mali zasahovať hlavne južné oblasti planéty, čím vzniká asymetria v zdroji atómov a iónov dopĺňajúcich exosféru Merkúra a zmena sfarbenia povrchu.


Exosféra

Merkúr je obklopený tenkou exosférou plynu, produkovaného interakciou medziplanetárnej látky s povrchom planéty. Slabá magnetosféra Merkúra totiž poskytuje len nepatrnú ochranu pred okolitým prostredím a dovoľuje časticiam slnečného vetra prenikať až k povrchu planéty. Skúmanie zloženia a štruktúry exosféry pomôže objasniť, ako medziplanetárna látka mení materiál na povrchu planéty.

Pozorovania naznačujú, že naše znalosti o exosfére sú nekompletné. Poukazujú na rôzne procesy dopĺňajúce a odčerpávajúce atómy sodíka, horčíka a vápnika z exosféry.

Pred Messengerom sme si mysleli, že atómy sú na dennej strane planéty uvoľňované slnečným vetrom a žiarením a tlakom slnečného žiarenia sú odnášané na nočnú stranu planéty. Merania zo sondy ukazujú, že horčíka a vápnika je, ak by mali byť produkované týmto spôsobom, podstatne viac ako sa očakávalo.

Nové modely magnetického poľa Merkúra odvodené z magnetometra na sonde naznačujú, že v spojení s medziplanetárnym magnetickým poľom by mohlo nasmerovať častice slnečného vetra na nočnú stranu planéty, ktoré odkiaľ odvievajú dodatočné množstvo atómov. Aj tento zdroj je však k vysvetleniu pozorovaných koncentrácií nepostačujúci. Vápnik takisto vykazuje zvýšenú koncentráciu v blízkosti rovníka počas svitania, čo sa zdá byť trvalý úkaz v exosfére. Neplatí to však pre horčík, ktorý je chemickými vlastnosťami podobný vápniku.

Messenger takisto uskutočnil prvé celkové merania iónov v magnetosfére a exosfére Merkúra. Najvýznamnejšie z nich sú ióny sodíka koncentrujúce sa hlavne v polárnych oblastiach. Vznikajú podobným procesom akým sú generované polárne žiary na Zemi.

592141main_Telecon20110929_image4_4by3_946-710.jpg

Schéma magnetického poľa Merkúra a výskytu iónov: Magnetické pole chráni povrch Merkúra pred slnečným vetrom len čiastočne. Dráha sondy je vyznačená červenou, oblasť výskytu iónov svetlomodrou.
Kredit: Courtesy of Science/AAAS


Ióny hélia sú roztrúsené po celej magnetosfére. Vedci predpokladajú, že hélium pochádzajúce zo Slnka bolo implantované do povrchových vrstiev planéty a následne slnečným vetrom rozfúkané do všetkých smerov.

Spektrum a chemické zloženie povrchu

Spektrometer pracujúci od UV po infračervenú časť spektra získal milión spektier všetkých hlavných geologických útvarov na planéte od veľkých panví po malé mladovyzerajúce krátery. Jedným z prekvapení ktoré priniesol, je zjavný nedostatok železa v kremičitanoch na povrchu planéty, ktorý je zjavný hlavne v UV oblasti. Objasnenie nedostatku železa a zvýšeného množstva síry možno poskytne porovnanie údajov z röntgenového spektrometra.

594074main_messenger_orbit_image20111005_2_4by3_946-710.jpg

Spektrum povrchu zhotovené spektrometrom pracujúcim od UV po blízku infračervenú oblasť spektra.
Kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington


Gama spektrometer nameral zvýšené množstvo rádioaktívneho draslíka, prchavej látky, ktorá sa odparuje pri relatívne nízkej teplote (za normálnych podmienok je to +63°C ). Spolu s röntgenovým spektrometrom ukázal, že chemické zloženie povrchu sa odlišuje od Mesiaca a ostatných terestrických planét. 

Pomer draslíka a tória (iného rádioaktívneho prvku) spolu s množstvom síry naznačujú, že zastúpenie prchavých látok je podobné Venuši, Zemi a Marsu, no je omnoho väčšie ako na Mesiaci.

592130main_Telecon20110929_image3_4by3_946-710.jpg

Ako pracuje gama spektrometer: Kozmické žiarenie interaguje s látkou do hĺbok niekoľkých decimetrov a produkuje rýchle neutróny. Pri ich zrážkach s okolitou hmotou vzniká gama žiarenie s energiami charakteristickými pre konkrétny prvok. Prirodzene rádioaktívne prvky ako draslík, tórium a urán takisto emitujú gama žiarenie. Takto je možné určiť chemické zloženie povrchových vrstiev Merkúra.
Kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington


Tieto údaje vylúčili väčšinu súčasných modelov opisujúcich formovanie Merkúra, ktoré vysvetľujú neobyčajne vysokú hustotu planéty. Merkúr má totiž neobyčajne veľké železné jadro. Zloženie povrchu je však podobné očakávanému, teda kamenným meteoritom - chondritom so zvýšeným obsahom kovov.

Svetlé jamy v kráteroch

Na snímkach sondy Messenger sa našiel neočakávaný typ útvarov, za ktorých vznik sú zodpovedné neznáme geologické procesy. Na záberoch zhotovených počas obletov planéty sú badateľné jasné modrasté škvrny na dnách a centrálnych vrcholkoch niektorých kráterov. Bez snímok s väčším rozlíšením ostanú aj naďalej záhadou.

K prekvapeniu vedcov sa ukázalo, že jasné plochy sa skladajú z malých plytkých nepravidelných priehlbní nachádzajúcich sa v skupinách. Jamy boli objavené po celej planéte a sú pomerne bežné. Z analýzy snímok vyplýva, že by mohli vznikať aj v súčasnosti.

592119main_Telecon20110929_image2_4by3_946-710.jpg

Svetlé jamy v krátere: Obrázok vznikol skombinovaním čiernobielej a farebnej snímky. Priehlbiny sú jasnomodré.
Kredit: Courtesy of Science/AAAS


Vývoj geologického zloženia povrchu

Sonda už takmer dokončila celkovú mapu planéty a to čiernobielu s rozlíšením 250m na pixel a osemfarebnú s rozlíšením 4 krát nižším. Mapa bola zhotovovaná pri ideálnych svetelných podmienkach umožňujúcich najlepší pohľad na povrchové útvary a geologické zloženie povrchu.

594020main_mercury_findings_20111005_1_4by3_946-710.jpg

Čiernobiela a farebná mapa Merkúra je už takmer dokončená. Vedcom umožní najlepší pohľad na povrchové útvary a geologické zloženie povrchu.
Kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington


Minulé prelety sond Messenger a Mariner 10 priniesli snímky rozsiahlych rovín, z ktorých väčšina vykazuje vulkanický pôvod. Vulkanizmus musel v minulosti hrať dôležitú úlohu pri tvarovaní kôry planéty. Veľké oblasti však ostali nezmapované a až doteraz bol geologický pôvod týchto oblastí nejasný.

Globálna mapa planéty a snímky vytypovaných útvarov s vysokým rozlíšením umožnia  určiť pôvod týchto oblastí a v kombinácii s údajmi z röntgenového spektrometra aj rôznorodosť ich geologického zloženia.

Röntgenový spektrometer poskytuje informácie o zložení spriemerovaním údajov z relatívne veľkých oblastí a využiteľný je len počas zvýšenej slnečnej aktivity. Mnohé z veľkých vulkanických štruktúr sú bazaltické. Bazalty (čadiče) sú bežné vulkanické horniny na Zemi aj Mesiaci.


594086main_messenger_orbit_image20111005_3_4by3_946-710.jpg

Oblasť vyznačená modrou skúmaná röntgenovým spektrometrom počas slnečnej erupcie 16. apríla 2011 je tvorená čadičom. Je to časť vulkanických rovín pri severnom póle Merkúra.
Kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington


Záplavový vulkanizmus

Vulkanické roviny sa rozprestierajú hlavne okolo severného pólu planéty a celkovo zaberajú viac ako 6% povrchu. Z analýz kráterov v týchto oblastiach vyplýva, že vrstva lávových usadenín je viac ako 2 km hrubá. Zdá sa, že láva prúdila z dlhých puklín, a tak pokryla okolité plochy.

Vedci tiež objavili pukliny dlhé miestami až 25 km, ktoré sú možným zdrojom obrovského množstva horúcej lávy. Tá sa rozliala po povrchu, kde rozrušila pôvodný podklad a vykrojila v ňom údolia a hory kvapkovitých tvarov. Tieto úžasné útvary a usadeniny môžu mať neobvyklé zloženie podobné pozemským horninám zvaným komatiity. Takáto láva mohla byť typická pre mladú Zem a dodnes sa z nej zachovali už len nepatrné zvyšky. Tím vedcov zostavuje katalóg všetkých vulkanických útvarov a rekonštruuje tak obraz histórie vulkanizmu na Merkúre.


592109main_Telecon20110929_image1_4by3_946-710.jpg

Pohľad na severný pól Merkúra (v strede): Červené kružnice označujú polohu impaktných kráterov väčších ako 20 km. Čiernou sú zvýraznené vulkanické roviny pokrývajúce plochu 4,7 milióna km2 (6% povrchu planéty). Počet kráterov je tu výrazne nižší, čo poukazuje na relatívne mladý povrch.
Kredit: Courtesy of Science/AAAS and Brown University



Nové objavy potvrdzujú, že Merkúr je spomedzi ostatných planét Slnečnej sústavy jedinečný. Výskum tejto fascinujúcej planéty je na začiatku a len čas ukáže, ktoré zo svojich tajomstiev nám ešte odhalí.