Исследование меняет наше понимание атмосферы Меркурия

Обилие летучих веществ, таких как натрий и сера, в коре Меркурия не может быть объяснено моделью экстремального испарения магматического океана на молодом Меркурии. Вместо этого пекулярный состав планеты, скорее всего, связан с составом области протосолнечной туманности, где она образовалась.

К такому выводу пришли планетологи, построившие наиболее полную модель совместной эволюции магматического океана и первичной атмосферы на молодом Меркурии.

Ранняя эволюция планет земной группы

Считается, что океаны магмы сыграли ключевую роль в определении начальных свойств и последующей эволюции и химической дифференциации планет земной группы в Солнечной системе.

Каменистая планета, масса которой сравнима с Меркурием, могла бы завершить процесс аккреции, сформировать железное ядро ​​и обеспечить полное затвердевание своего магматического океана примерно через 20 миллионов лет после образования Солнечной системы.

В то же время, во время охлаждения магматического океана, когда поверхность планеты остается в основном расплавленной, происходит активный обмен химическими веществами между внутренними слоями планеты и ее атмосферой и экзосферой.

Модель экстремального испарения магмы на молодом Меркурии

В конце прошлого века была выдвинута гипотеза о том, что аномально высокая насыпная плотность Меркурия может быть объяснена испарением компонентов магматического океана с его поверхности на ранних этапах существования планеты, а первичная атмосфера должен был испариться достаточно медленно, чтобы оставаться в равновесии с океаном магмы.

Существование океана магмы на прото-Меркурии подтверждается данными наблюдений зонда MESSENGER, который обнаружил обилие натрия и серы в поверхностном слое планеты.

Предполагая состав атмосферы молодого Меркьюри

Группа планетологов под руководством Ноа Ягги из Физического института Бернского университета опубликовала результаты моделирования совместной эволюции магматического океана и атмосферы на молодом Меркурии.

Ученые использовали пять различных кодов, которые учитывают состав планеты, обмен энергией и массой между планетой и атмосферой, а также потерю вещества из экзосферы из-за нагрева или фотоионизации плазмы.

Исследователи пришли к выводу, что для первоначально большого океана магмы с начальным содержанием углерода и водорода, сопоставимым с земным, его время жизни могло достигать почти десятых долей тысяч лет. Это обеспечивало потерю массы через атмосферу (при начальном давлении 5-12 бар) в течение длительного периода времени.

Если у молодого Меркурия не было большого количества углерода и водорода, то у него была тонкая недолговечная атмосфера, содержащая металлы и оксиды металлов. В верхних слоях атмосферы, богатой летучими веществами, H₂ и CO преобладали, а во втором случае — Na и SiO.

Расчеты и выводы

Скорость потери вещества экзосферой молодого Меркурия из-за фотоиспарения оценивается в 10^6,6 — 10^9,6 килограммы в секунду. За время существования океана магмы планета потеряла бы 0,3 процента своей массы или менее 0,02 процента общих запасов H.₂О и На.

Даже максимальные потери наиболее летучих элементов Na и K незначительны по отношению к их общему содержанию в молодой ртути. Таким образом, богатая натрием кора Меркурия несовместима с моделью чрезвычайно большой потери вещества на стадии магматического океана, а своеобразный состав планеты скорее связан с составом области протосолнечной туманности, где он был сформирован.