Et radarbilde av Mercurys nordpolregion vises superponert på en mosaikk av MESSENGER-bilder av det samme området. Kreditt: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington / National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory
For over 20 år siden ble radarlyse materialer sett i den nordpolare regionen på Merkur, og siden har forskere postulert at vannis kan gjemme seg der i permanent skyggefulle regioner. De siste dataene fra romfartøyet MESSENGER - som nå går i bane rundt planeten nærmest solen - bekrefter at Merkur faktisk holder vannis og organisk materiale i permanent skyggelagte kratere på sin nordpol. Forskere sa i dag at Merkur kunne holde mellom 100 milliarder til en billion tonn vann med is på begge polene, og isen kan være opptil 20 meter dyp på steder. I tillegg kan spennende mørkt materiale som dekker isen inneholde andre flyktige stoffer som organiske stoffer.
MESSENGER-teamet publiserte tre artikler denne uken i tidsskriftet Science, som presenterer tre nye linjer med bevis for at vannis dominerer komponentene inne i kratrene på Mercury nordpol.
"Vannis besto tre utfordrende tester, og vi kjenner ikke til noen annen forbindelse som samsvarer med egenskapene vi har målt med MESSENGER-romfartøyet," sa MESSENGER rektoretterforsker Sean Solomon på en orientering i dag. "Disse funnene avslører et veldig viktig kapittel i historien om hvordan vannis har blitt levert til de indre planetene av kometer og vannrike asteroider over tid."
MESSENGER ankom Mercury i fjor, og data fra romfartøyets nøytronspektrometer og laserhøydemåler ble brukt til å gjøre observasjonene på planetens nordpol.
Et lag vann is flere meter tykt er illustrert i hvitt. Rikelig hydrogenatomer i isen hindrer nøytronene i å rømme ut i verdensrommet. En signatur av forbedrede hydrogenkonsentrasjoner (og ved inferens, vannis) er en reduksjon i frekvensen av MESSENGERs deteksjon av nøytroner fra planeten. Kreditt: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Neutronspektroskopi måler gjennomsnittlige hydrogenkonsentrasjoner i Mercurys radar-lyse regioner, og forskere var i stand til å hente vannkonsentrasjonene fra hydrogenmålingene.
"Nøytrondataene indikerer at Mercurys radar-lyse polare avsetninger inneholder i gjennomsnitt et hydrogenrikt lag som er mer enn titalls centimeter tykt under et overflatelag 10 til 20 centimeter tykt som er mindre rik på hydrogen," sa David Lawrence, en MESSENGER Deltakende forsker basert på Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory og hovedforfatter av et av papirene. "Det nedgravde laget har et hydrogeninnhold som er i samsvar med nesten ren vannis."
Dette bildet viser sollys som når Prokofiev-kraterets gulv og felg. De nordvendte delene av kanten og interiøret forblir i evig skygge, og det samme gjør mange andre kratere. Klikk på bildet og se en film som simulerer omtrent halvparten av en Merkur-soldag (176 jorddager) og bruker den digitale terrengmodellen som er avledet fra MLA-målinger. Kreditt: NASA Goddard Space Flight Center / Massachusetts Institute of Technology / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington.
Data fra MESSENGERs Mercury Laser Altimeter (MLA) - som har avfyrt mer enn 10 millioner laserpulser på Mercury for å lage detaljerte kart over planetens topografi - bekrefter radarresultatene og Neutron Spectrometer-målingene av Mercurys polare region. Gregory Neumann fra NASA Goddard Flight Center, hovedforfatter av det andre papiret, sa at teamet brukte topografiske data for å utvikle belysningsmodeller for nordpolarkrater fra Merkur, og avslørte uregelmessige mørke og lyse avsetninger ved nesten-infrarød bølgelengde nær Mercury nordpol.
"Den virkelige overraskelsen er at det var mørke områder rundt lyse områder som var mer gjennomgripende enn radar lyse områder," sa Neumann på torsdagens orientering. "De er et teppe som beskytter de lyse flyktige stoffene som ligger under."
Neumann sa at virkninger av kometer eller flyktige rike asteroider kunne ha gitt både de mørke og lyse forekomstene, noe som ble bekreftet i et tredje papir ledet av David Paige fra University of California, Los Angeles.
Paige og kollegene ga de første detaljerte modellene av overflate- og nær overflatetemperaturene i Mercurys nordpolregioner som benytter den faktiske topografien av Mercurys overflate målt med MLA. Målingene "viser at den romlige fordelingen av regioner med høy radar-tilbakespredning stemmer godt overens med den forutsagte fordelingen av termisk stabil vann," sa han.
Et kart over "permafrost" på kvikksølv som viser de beregnede dybder under overflaten som vannisen er spådd å være termisk stabil på. De grå områdene er regioner som er for varme på alle dyp for stabil vannis. De fargede områdene er tilstrekkelig kalde til at is under jorden er stabil, og de hvite områdene er tilstrekkelig kaldt eksponert overflateis til å være stabile. Resultatene av den termiske modellen forutsier tilstedeværelsen av is og overflatevann på de samme stedene der de blir observert av jordbaserte radar- og MLA-observasjoner. Kreditt: NASA / UCLA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
I følge Paige er det mørke materialet sannsynligvis en blanding av komplekse organiske forbindelser levert til kvikksølv ved påvirkning av kometer og flyktige rike asteroider, de samme objektene som sannsynligvis leverte vann til den innerste planeten. Det organiske materialet kan ha blitt mørklagt ytterligere ved eksponering for den strenge strålingen på Merkurius overflate, selv i permanent skyggelagte områder.
Dette mørke isolerende materialet er et nytt og spennende stykke av historien om Merkur som MESSENGER søker å løsrive, sa Solomon, og reiser spørsmål om hvilke typer organiske stoffer som kan finnes der. Solomon la til at Merkur nå kan bli et objekt av interesse for astrobiologi, men sa på ingen usikre vilkår at ingen av forskerne tror det er liv på Merkur. Dette kan imidlertid gi informasjon om økningen av organiske stoffer på jorden.
I tillegg sa forskeren at det er null sjanse for flytende vann på kvikksølv, selv om temperaturer i noen regioner vil være gunstige for flytende vann. Men uten atmosfære på Merkur, ville vann ikke holde seg lenge. "Det ville være is eller damp veldig fort," sa Paige.
Dette skjemaet av MESSENGERs bane illustrerer noen av utfordringene med å skaffe observasjoner av Merkurys nordpolregion. Kreditt: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Solomon sa at det ikke har vært enkelt å få tak i disse målingene og ikke har gått raskt. "Selv på de høyeste breddegrader oppnådd av MESSENGER, må romskipet se i skrå vinkel for å se på de nordpolare områdene," sa han.
Under sitt primære orbitale oppdrag befant MESSENGER seg i en 12-timers bane og var i en høyde mellom 244 og 640 km på det nordligste punktet i banen. Siden april 2012 har MESSENGER vært i en 8-timers bane, vist ovenfor, og den har ligget i en høyde mellom 311 og 442 km på det nordligste punktet i banen. Selv fra disse høye breddegrader, fyller Merkuris polare forekomster bare en liten del av synsfeltet til mange av MESSENGERs instrumenter.
Men til tross for utfordringene, sa Solomon, har halvannet år av MESSENGER i bane nå gitt klare resultater.
Kilder: MESSENGER, NASA
