Лед на Меркурии: одно гигантское столкновение покрыло планету водой за один день

Одно гигантское столкновение могло быстро распространить воду по всему Меркурию и заключить большую её часть в постоянно затенённые полярные кратеры — и всё это в течение одного меркурианского дня, то есть 176 земных суток, согласно новому исследованию.

Будучи самой близкой к Солнцу планетой, Меркурий кажется последним местом в Солнечной системе, где может сохраняться водяной лёд. Солнце выглядит на небе Меркурия почти в три раза больше, чем с Земли, а дневные температуры на этой опалённой планете могут превышать 800 градусов по Фаренгейту (427 градусов по Цельсию).

Тем не менее наблюдения с наземных телескопов в 1990-х годах, позже подтверждённые космическим аппаратом NASA MESSENGER, обнаружили огромные залежи замёрзшей воды, скрытые в глубоких кратерах вблизи полюсов Меркурия, куда никогда не попадают прямые солнечные лучи. Однако то, как именно образовался этот лёд, оставалось загадкой.

Это открытие заставляет по-новому взглянуть на эволюцию не только Меркурия, но и всей внутренней части Солнечной системы. Раньше считалось, что планеты у Солнца были обречены на полную потерю летучих веществ, включая воду. Но если лёд на Меркурии действительно имеет ударное происхождение, это означает, что даже самые суровые и горячие миры могут получать и сохранять воду при определённых условиях. Более того, такая модель допускает, что подобные процессы могли происходить и на других планетах земной группы — Венере и Марсе, — причём в гораздо более ранние эпохи. Для астробиологии это важный сигнал: если вода способна выживать в меркурианских кратерах в течение миллиардов лет, значит, потенциально пригодные для жизни микроорганизмов «холодные ловушки» могут существовать даже там, где их никто не искал.

Одна из ведущих гипотез предполагает, что полярный лёд был доставлен во время относительно недавнего удара богатой водой кометы или астероида — возможно, сопоставимого по масштабу и возрасту с тем, который образовал кратер Хокусай, известный 97-километровый кратер в северном полушарии Меркурия. Хокусай известен своими яркими лучами из обломков, простирающимися на тысячи километров по планете; они образовались, когда материал из-под поверхности Меркурия был выброшен наружу во время удара.

«Как вода переносится и перераспределяется после удара на Меркурии?» — пишут исследователи в новой статье. «Представленные здесь результаты показывают, что ответ зависит от масштаба столкновения».

Чтобы проверить идею о том, что большая часть современного льда Меркурия могла быть доставлена в результате крупного столкновения с богатым летучими веществами телом, команда под руководством учёной Парвати Прем из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в Мэриленде провела компьютерное моделирование, воссоздающее удар, подобный удару, сформировавшему кратер Хокусай.

Согласно новому исследованию, смоделированное столкновение соответствовало удару тела шириной около 17 километров, врезавшегося в Меркурий на скорости до 30 километров в секунду, что породило вокруг планеты плотную временную атмосферу, богатую водяным паром.

«Уже чуть более чем через час после удара образовавшийся при столкновении водяной пар расширился и полностью окружил планету», — отмечается в исследовании, которое также добавляет: «Основная масса льда откладывается в течение одного солнечного дня (176 земных суток)».

Удивительно быстрое распространение воды стало возможным потому, что плотная атмосфера, образовавшаяся при ударе, эффективно защитила себя от интенсивного ультрафиолетового излучения Солнца, согласно исследованию. Временное густое облако водяного пара действовало как щит, замедляя распад молекул воды и позволяя гораздо большему количеству воды выжить достаточно долго, чтобы мигрировать в постоянно затенённые полярные кратеры Меркурия.

Полученные данные позволяют предположить, что лёд Меркурия откладывался быстро, а не поступал постепенно в течение длительных периодов времени — сценарий, который также помогает объяснить очевидную чистоту ледяных отложений, отмечается в исследовании.

Учёные надеются, что предстоящие наблюдения с совместной европейско-японской миссии BepiColombo дадут новые подсказки о происхождении полярного льда Меркурия. Космический аппарат стоимостью 1,8 миллиарда долларов — только вторая миссия, когда-либо отправленная на орбиту Меркурия после MESSENGER, — столкнулся с 11-месячной задержкой после того, как неисправность двигателя вынудила инженеров перепроектировать часть его траектории, чтобы компенсировать снижение тяги.

BepiColombo в настоящее время должен выйти на орбиту Меркурия в ноябре, когда два зонда миссии разделятся и начнут изучать планету с разных орбит. Это исследование описано в статье, опубликованной 12 мая в Journal of Geophysical Research: Planets.