En radarbild av Merkurius nordpolregion visas ovanpå en mosaik med MESSENGER-bilder av samma område. Kredit: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington / National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory
För över 20 år sedan sågs radarljust material i den nordpolära regionen på Merkurius, och sedan dess har forskare postulerat att vattenis kan gömma sig där i permanent skuggade regioner. De senaste uppgifterna från rymdskeppet MESSENGER - som nu kretsar runt planeten närmast solen - bekräftar att Mercury faktiskt håller både vattenis och organiskt material i permanent skuggade kratrar vid dess nordpol. Forskare sa idag att Merkurius kunde hålla mellan 100 miljarder till 1 biljon ton vattenis vid båda polerna, och isen kan vara upp till 20 meter djup på platser. Dessutom kan spännande mörkt material som täcker isen innehålla andra flyktiga ämnen som organiska ämnen.
MESSENGER-teamet publicerade tre artiklar den här veckan i tidskriften Science, som presenterar tre nya bevis på att vattenis dominerar komponenterna inuti kratrarna på Merkuris nordpol.
"Vattenisen klarat tre utmanande tester och vi känner inte till någon annan förening som matchar de egenskaper vi har uppmätt med MESSENGER-rymdskeppet," sade MESSENGER huvudutredare Sean Solomon vid en briefing idag. "Dessa fynd avslöjar ett mycket viktigt kapitel i historien om hur vattenis har levererats till de inre planeterna av kometer och vattenrika asteroider över tid."
MESSENGER anlände till Mercury förra året och data från rymdskeppets neutronspektrometer och laserhöjdmätare användes för att göra observationerna på planetens nordpol.
Ett skikt av isis som är flera meter tjockt illustreras i vitt. Rikliga väteatomer i isen hindrar neutronerna från att rymma ut i rymden. En signatur av förbättrade vätekoncentrationer (och genom inferens, vattenis) är en minskning av hastigheten för MESSENGERs upptäckt av neutroner från planeten. Kredit: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Neutronspektroskopi mäter genomsnittliga vätekoncentrationer inom Mercurys radar-ljusa regioner, och forskare kunde härleda vattenis-koncentrationerna från vätemätningarna.
"Neutrondata indikerar att Mercurys radarljusa polära avlagringar innehåller i genomsnitt ett vätjerikt skikt som är mer än tiotals centimeter tjockt under ett ytlager 10 till 20 centimeter tjockt som är mindre rik på väte," sade David Lawrence, en MESSENGER Deltagande forskare baserad på Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory och huvudförfattare till ett av tidningarna. "Det nedgrävda skiktet har ett väteinnehåll som överensstämmer med nästan ren vattenis."
Denna bild visar solljus som når Prokofiev-kratergolvet och fälgen. De nordvända delarna av kanten och det inre förblir i evig skugga, liksom många andra kratrar. Klicka på bilden och titta på en film som simulerar ungefär hälften av en Mercury soldag (176 jorddagar) och använder den digitala terrängmodellen härledd från MLA-mätningar. Kredit: NASA Goddard Space Flight Center / Massachusetts Institute of Technology / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington.
Data från MESSENGERs Mercury Laser Altimeter (MLA) - som har avfyrt mer än 10 miljoner laserpulser på Mercury för att göra detaljerade kartor över planetens topografi - bekräftar radarresultaten och Neutron Spectrometer-mätningar av Merkuris polära region. Gregory Neumann, NASA Goddard Flight Center, huvudförfattare till det andra uppsatsen, sa att teamet använde topografiska data för att utveckla belysningsmodeller för nordpolkratrar från Merkurius och avslöjade oregelbundna mörka och ljusa avlagringar vid nästan infraröd våglängd nära Mercury nordpol.
"Den verkliga överraskningen är att det fanns mörka områden kring ljusa områden som var mer genomgripande än radarljusa områden," sa Neumann vid torsdagens briefing. "Det är en filt som skyddar de ljusa flyktiga ämnen som ligger under."
Neumann sade att effekterna av kometer eller flyktiga rika asteroider kunde ha gett både de mörka och ljusa avlagringarna, ett fynd som bekräftas i ett tredje uppsats ledd av David Paige från University of California, Los Angeles.
Paige och hans kollegor tillhandahöll de första detaljerade modellerna av ytans och ytytemperaturerna i Merkurius nordpolregioner som använder den faktiska topografin på Mercurys yta uppmätt med MLA. Mätningarna "visar att den rumsliga fördelningen av regioner med hög radar-backspridning matchas väl med den förutsagda fördelningen av termiskt stabil vattenis," sade han.
En karta över "permafrost" på Merkurius som visar de beräknade djupen under ytan vid vilken vattenis förutses vara termiskt stabil. De grå områdena är regioner som är för varma på alla djup för stabil vattenis. De färgade regionerna är tillräckligt kalla för att isen under jorden ska vara stabil, och de vita regionerna är tillräckligt kalla exponerade ytis för att vara stabila. De termiska modellresultaten förutsäger närvaron av yt- och ytvattenis på samma platser där de observeras av jordbaserade radar- och MLA-observationer. Kredit: NASA / UCLA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Enligt Paige är det mörka materialet troligtvis en blandning av komplexa organiska föreningar som levereras till Merkurius genom påverkan av kometer och flyktiga rika asteroider, samma föremål som sannolikt levererade vatten till den innersta planeten. Det organiska materialet kan ha förmörkats ytterligare genom exponering för den hårda strålningen på Merkurys yta, även i permanent skuggade områden.
Detta mörka isolerande material är ett nytt och spännande stycke av berättelsen om Merkurius som MESSENGER försöker ta upp, sa Solomon och ställer frågor om vilka typer av organiska material som kan hittas där. Solomon tillade att kvicksilver nu kan bli ett intresse för astrobiologi, men sade på inga osäkra villkor att ingen av forskarna tror att det finns liv på Merkurius. Detta kan dock ge information om ökningen av organiska ämnen på jorden.
Dessutom sa forskaren att det finns noll chans för flytande vatten på kvicksilver, även om temperaturer i vissa regioner skulle vara gynnsamma för flytande vatten. Men utan atmosfär på Merkurius skulle vatten inte hålla sig kvar länge. "Det skulle vara is eller ånga riktigt snabbt," sade Paige.
Detta schema över MESSENGER: s bana illustrerar några av utmaningarna för att få observationer av Merkurius nordpolregion. Kredit: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Solomon sade att det inte har varit enkelt att få dessa mätningar och inte ha varit snabb. "Även på de högsta breddegraderna som nås av MESSENGER, måste rymdskeppet titta i en sned vinkel för att titta på de nordpolära regionerna," sade han.
Under sitt primära omloppsuppdrag befann sig MESSENGER i en 12-timmars bana och låg på en höjd mellan 244 och 640 km på den nordligaste punkten i banan. Sedan april 2012 har MESSENGER befunnits i en 8-timmars bana, som visas ovan, och den har varit på en höjd mellan 311 och 442 km vid den nordligaste punkten i dess bana. Till och med från dessa höjdgraderade utsikterna fyller Merkuris polära avsättningar bara en liten del av synfältet för många av MESSENGERs instrument.
Men trots utmaningarna, sade Solomon, har ett och ett halvt år av MESSENGER i omloppsbana nu gett tydliga resultat.
Källor: MESSENGER, NASA
