Det nærmeste til den lysende og den minste planeten i solsystemet er fremdeles et mysterium. Som Jorden og de fire gassgigantene - Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune, har Merkur sin egen magnetosfære. Etter undersøkelser av MESSENGER-stasjonen (MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry) begynte naturen til dette magnetiske laget å bli tydelig. Hovedresultatene fra oppdraget er allerede inkludert i monografier og lærebøker. Hvordan en liten planet klarte å bevare magnetosfæren.
For at et himmellegeme skal ha sin egen magnetosfære, er det nødvendig med en kilde til magnetfelt. I følge de fleste forskere utløses dynamoeffekten her. Når det gjelder Jorden, ser det slik ut. I tarmene på planeten er det en metallkjerne med et solid senter og et flytende skall. På grunn av forfall av radioaktive elementer frigjøres varme, noe som fører til dannelse av konvektive strømmer av en ledende væske. Disse strømningene genererer planetens magnetiske felt.
Feltet samhandler med solvinden - strømmer av ladede partikler fra stjernen. Dette kosmiske plasmaet bærer med seg sitt eget magnetfelt. Hvis planetens magnetfelt tåler trykket fra solstråling, det vil si avleder det i en betydelig avstand fra overflaten, sier de at planeten har sin egen magnetosfære. I tillegg til Merkur, Jorden og de fire gassgigantene, har Ganymede, den største satellitten til Jupiter, også en magnetosfære.
I resten av planetene og månene i solsystemet møter stellvinden praktisk talt ingen motstand. Dette skjer for eksempel på Venus og, mest sannsynlig, på Mars. Naturen til jordas magnetfelt regnes fortsatt som geofysikkens viktigste mysterium. Albert Einstein anså det som en av de fem viktigste vitenskapens oppgaver.
Dette skyldes det faktum at selv om geodynamo-teorien praktisk talt er ubestridt, forårsaker den store vanskeligheter. I henhold til klassisk magnetohydrodynamikk skal dynamoeffekten råtne, og planetens kjerne skal kjøle seg ned og herde. Det er fremdeles ingen presis forståelse av mekanismene som Jorden opprettholder effekten av selvgenerering av dynamoen sammen med de observerte funksjonene i magnetfeltet, først og fremst geomagnetiske avvik, migrasjon og pol reversering.
Vanskeligheten med en kvantitativ beskrivelse skyldes sannsynligvis problemet i det vesentlige ikke-lineære. Når det gjelder Merkur er dynamoproblemet enda mer akutt enn for jorden. Hvordan beholdt en så liten planet sin egen magnetosfære? Betyr dette at kjernen fortsatt er i flytende tilstand og genererer nok varme? Eller er det noen spesielle mekanismer som lar himmellegemet beskytte seg mot solvinden?
Kvikksølv er omtrent 20 ganger lettere og mindre enn jorden. Gjennomsnittlig tetthet er sammenlignbar med jordens. Året varer 88 dager, men himmellegemet er ikke i tidevannsfangst med solen, men roterer rundt sin egen akse med en periode på omtrent 59 dager. Kvikksølv skilles fra andre planeter i solsystemet med en relativt stor metallkjerne - den utgjør omtrent 80 prosent av radien til et himmellegeme. Til sammenligning tar jordens kjerne bare omtrent halvparten av sin radius.
Magnetfeltet til Merkur ble oppdaget i 1974 av den amerikanske stasjonen Mariner 10, som registrerte utbrudd av partikler med høy energi. Magnetfeltet til det himmelske legeme nærmest solen er omtrent hundre ganger svakere enn det jordiske, det ville passe helt inn i en sfære på størrelse med jorda, og er, i likhet med planeten vår, dannet av en dipol, det vil si at den har to, og ikke fire, som gassgiganter, magnetiske poler.
Salgsfremmende video:
Foto: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington / NASA
De første teoriene som forklarte arten av Mercurys magnetosfære ble foreslått på 1970-tallet. De fleste av dem er basert på dynamoeffekt. Disse modellene ble bekreftet fra 2011 til 2015, da MESSENGER-stasjonen studerte planeten. Dataene som ble innhentet fra enheten, avslørte den uvanlige geometrien til magnetosfæren til kvikksølv. Spesielt i nærheten av planeten skjer magnetisk tilkobling - den gjensidige omorganiseringen av magnetfeltets indre og eksterne kraftlinjer - omtrent ti ganger oftere.
Dette fører til dannelse av mange tomrom i magnetosfæren til kvikksølv, slik at solvinden når planetens overflate nesten uhemmet. I tillegg oppdaget MESSENGER remanens i en himmellegeme. Ved å bruke disse dataene har forskere estimert den nedre grensen for gjennomsnittsalderen for Merkurys magnetfelt til 3,7-3,9 milliarder år. Dette bekrefter, som forskerne bemerket, gyldigheten av dynamoeffekten for dannelsen av planetens globale magnetfelt, samt tilstedeværelsen av en flytende ytre kjerne i den.
I mellomtiden forblir spørsmålet om strukturen til Merkur åpen. Det er mulig at det ytre laget av kjernen inneholder metallflak - jernsnø. Denne hypotesen er veldig populær fordi den forklarer Mercurys egen magnetosfære med den samme dynamoeffekten, og gir lave temperaturer og en kvasi-solid (eller kvasi-flytende) kjerne inne i planeten.
Foto: Carnegie Institution of Washington / JHUAPL / NASA
Det er kjent at kjernene til de terrestriske planetene hovedsakelig dannes av jern og svovel. Svovelinneslutninger er også kjent for å senke smeltepunktet for kjernematerialet og etterlate det flytende. Dette betyr at mindre varme er nødvendig for å opprettholde dynamoeffekten, som Merkur allerede produserer for lite. For nesten ti år siden demonstrerte geofysikere, som utførte en serie eksperimenter, at under høye trykkforhold kan jernsnø falle mot sentrum av planeten, og en flytende blanding av jern og svovel kan stige mot den fra den indre kjernen. Dette kan skape en dynamoeffekt i innvollene til Merkur.
MESSENGER-dataene bekreftet disse funnene. Spektrometret installert på stasjonen viste et ekstremt lavt innhold av jern og andre tunge elementer i de vulkanske bergartene på planeten. Det er nesten ikke noe jern i det tynne laget av Mercurys mantel, og det er hovedsakelig dannet av silikater. Det solide sentrum utgjør omtrent halvparten (omtrent 900 kilometer) av radiusen til kjernen, resten er okkupert av det smeltede laget. Mellom disse er det mest sannsynlig et lag der metallflak beveger seg fra topp til bunn. Tettheten av kjernen er omtrent det dobbelte av mantelen, og er estimert til syv tonn per kubikkmeter. Svovel, mener forskere, utgjør om lag 4,5 prosent av massen i kjernen.
MESSENGER oppdaget mange bretter, svinger og feil på overflaten av kvikksølv, noe som gjør det mulig å trekke en entydig konklusjon om planetens tektoniske aktivitet i den siste tiden. Strukturen av den ytre skorpen og tektonikken er ifølge forskere forbundet med prosessene som foregår i tarmene på planeten. MESSENGER viste at planetens magnetiske felt er sterkere på den nordlige halvkule enn på den sørlige. Ut fra tyngdekartet som er satt sammen av apparatet, er tykkelsen på jordskorpen nær ekvator i gjennomsnitt 50 kilometer høyere enn ved stolpen. Dette betyr at silikatmantelen i de nordlige breddegradene av planeten varmes opp sterkere enn i dens ekvatoriale del. Disse dataene stemmer godt overens med oppdagelsen av relativt unge feller i nordlige breddegrader. Selv om vulkansk aktivitet på Merkur opphørte for rundt 3,5 milliarder år siden, er det nåværende bildet av termisk diffusjon i planetens mantel i stor gradmest sannsynlig bestemt av fortiden hennes.
Spesielt kan konvektive strømmer fortsatt eksistere i lagene ved siden av klodens kjerne. Da vil temperaturen på mantelen under nordpolen av planeten være 100-200 grader høyere enn under ekvatorialområdene på planeten. Videre oppdaget MESSENGER at det resterende magnetfeltet til en av seksjonene i den nordlige jordskorpen er rettet i motsatt retning i forhold til planetens globale magnetfelt. Dette betyr at det tidligere skjedde en inversjon på Merkur minst en gang - en endring i magnetfeltets polaritet.
Bare to stasjoner har utforsket Merkur i detalj - Mariner 10 og MESSENGER. Og denne planeten, først og fremst på grunn av sitt eget magnetfelt, er av stor interesse for vitenskapen. Ved å forklare naturen til magnetosfæren, kan vi nesten helt sikkert gjøre dette for jorden. I 2018 planlegger Japan og EU å sende et tredje oppdrag til Merkur. To stasjoner vil fly. For det første vil MPO (Mercury Planet Orbiter) sammenstille et kart med flere bølgelengder over overflaten til et himmellegeme. Den andre, en MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), vil utforske magnetosfæren. Det vil ta lang tid å vente på de første resultatene av oppdraget - selv om starten finner sted i 2018, vil stasjonens destinasjon nås først i 2025.
Yuri Sukhov
