Redan 2012 glädjade forskare att upptäcka att inom de polära regionerna i Merkurius upptäcktes enorma mängder vattenis. Medan existensen av vattenis i denna permanent skuggade region hade varit föremål för spekulation i ungefär 20 år, var det först efter att rymdfarkosten Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging (MESSENGER) studerade det polära området som detta bekräftades .
Baserat på MESSENGER-uppgifterna uppskattades det att Merkurius kunde ha mellan 100 miljarder till 1 biljon ton vattenis vid båda polerna, och att isen kunde vara upp till 20 meter (65,5 ft) djupt på platser. Emellertid indikerar en ny studie av ett team av forskare från Brown University att det kan finnas ytterligare tre stora kratrar och många fler mindre i den norra polära regionen som också innehåller is.
Studien, med titeln "New Evidence for Surface Water Ice in Small-Scale Cold Traps and in Three Large Craters at the North Polar Region of Mercury from the Mercury Laser Altimeter", publicerades nyligen i Geofysiska forskningsbrev. Leds av Ariel Deutsch, en NASA ASTAR-stipendiat och en doktorand vid Brown University, övervägde teamet hur småskaliga insättningar dramatiskt kunde öka den totala mängden is på Merkurius.
Trots att den är den närmaste planeten till solen och upplever brinnande yttemperaturer på sin solvända sida, betyder Merkurius låga axiella lutning att dess polära regioner är permanent skuggade och upplever medeltemperaturer på cirka 200 K (-73 ° C; -100 ° F). Tanken på att det kan finnas is i dessa regioner går tillbaka till 1990-talet, då jordbaserade radarteleskop upptäckte mycket reflekterande fläckar i polära kratrarna.
Detta bekräftades när rymdskeppet MESSENGER upptäckte neutronsignaler från planetens nordpol som var förenliga med vattenisen. Sedan den tiden har det varit det allmänna samförståndet om att Merkurys ytis begränsades till sju stora kratrar. Men som Ariel Deutsch förklarade i ett pressmeddelande från Brown University, försökte hon och hennes team att se bortom dem:
”Antagandet har varit att ytis på Merkurius finns främst i stora kratrar, men vi visar också bevis för dessa mindre skalor. Att lägga till dessa småskaliga avsättningar till de stora avlagringarna i kratrar ger betydligt till ytisens inventering på Merkurius. ”
För denna nya undersökning förenades Deutsch av Gregory A. Neumann, forskare från NASA: s Goddard Space Flight Center och James W. Head. Förutom att han var professor vid Institutionen för jord-, miljö- och planvetenskap vid Brown var Head också en medutredare för uppdragen MESSENGER och Lunar Reconnaissance Orbiter.
Tillsammans undersökte de data från MESSENGERs Mercury Laser Altimeter (MLA) instrument. Detta instrument användes av MESSENGER för att mäta avståndet mellan rymdskeppet och Merkurius, de resulterande data användes sedan för att skapa detaljerade topografiska kartor över planetens yta. Men i detta fall användes MLA för att mäta ytreflektans, vilket indikerade närvaron av is.
Som instrumentspecialist med MESSENGER-uppdraget var Neumann ansvarig för att kalibrera höjdmätarens reflektionssignal. Dessa signaler kan variera beroende på om mätningarna tas från overhead eller i en vinkel (varav den senare refereras till som "off-nadir" -läsningar). Tack vare Neumanns justeringar kunde forskare upptäcka hög reflektansavlagringar i ytterligare tre stora kratrar som överensstämde med vattenis.
Enligt deras uppskattningar kan dessa tre kratrar innehålla islager som mäter cirka 3 400 kvadratkilometer (1313 mi²). Dessutom tittade teamet också på terrängen kring dessa tre stora kratrar. Medan dessa områden inte var lika reflekterande som isarken inuti kratrarna, var de ljusare än Merkurius genomsnittliga ytreflektans.
Utöver detta tittade de också på höjdmätningsdata för att söka bevis på mindre insättningar. Vad de hittade var fyra mindre kratrar, vardera med diametrar på mindre än 5 km (3 mi), som också var mer reflekterande än ytan. Av detta drar de slutsatsen att det inte bara fanns fler stora isavlagringar som tidigare oupptäckts, utan troligtvis många mindre "kalla fällor" där is också kunde existera.
Mellan dessa tre nyupptäckta stora avlagringar, och vad som kan vara hundratals mindre avlagringar, kan den totala isvolymen på Merkurius vara betydligt mer än vi tidigare trott. Som Deutsch sa:
”Vi föreslår att denna förbättrade reflektanssignatur drivs av småskaliga lappar av is som är spridda över hela denna terräng. De flesta av dessa korrigeringar är för små för att lösa individuellt med höjdmätningsinstrumentet, men tillsammans bidrar de till den övergripande förbättrade reflektansen ... Dessa fyra var bara de vi kunde lösa med MESSENGER-instrumenten. Vi tror att det förmodligen finns många, många fler av dessa, i storlekar från en kilometer ner till några centimeter. ”
Tidigare bekräftade studier av månens yta även närvaron av vattenis i dess kraterade polära regioner. Ytterligare forskning indikerade att utanför de större kratrarna, små "kalla fällor" också kunde innehålla is. Enligt vissa modeller kan redovisning av dessa mindre insättningar effektivt fördubbla uppskattningar av de totala mängder is på månen. Mycket samma sak kan vara sant för Merkurius.
Men som Jim Head (som också fungerade som tysk doktorandrådgivare för den här studien) indikerade, ger detta arbete också ett nytt tag till den kritiska frågan om var vatten i solsystemet kom ifrån. "En av de viktigaste sakerna vi vill förstå är hur vatten och andra flyktiga ämnen distribueras genom det inre solsystemet - inklusive jorden, månen och våra planetariska grannar," sade han. "Denna studie öppnar våra ögon för nya platser för att leta efter bevis på vatten, och föreslår att det finns mycket mer av det på Merkurius än vi trodde."
Förutom att indikera att solsystemet kan vara mer vattnigt än tidigare misstänkt, har förekomsten av riklig is på Merkurius och månen förstärkt förslag för att bygga utposter på dessa kroppar. Dessa utposter kan vara i stånd att förvandla lokala insättningar av vattenis till hydrazinbränsle, vilket drastiskt skulle minska kostnaderna för montering av långväga uppdrag i hela solsystemet.
På den mindre spekulativa sidan av saker, erbjuder denna studie också nya insikter i hur solsystemet bildades och utvecklats. Om vatten är mycket rikligt idag än vi visste, skulle det indikera att mer fanns närvarande under de tidiga epokarna av planetbildning, antagligen när det distribuerades över hela solsystemet av asteroider och kometer.
