Меркурий содержит намного меньше кремния, чем думали учёные — это раскрывает его вулканическое прошлое

Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, прошла совершенно иной путь развития, чем Земля. Примерно через миллиард лет после своего формирования вулканическая активность на Меркурии практически прекратилась, оставив планету покрытой сплошной твёрдой коркой. С тех пор Меркурий остаётся геологически «замороженным» на протяжении миллиардов лет. Земля же никогда не достигала такого состояния — её кора остаётся геологически активной благодаря вулканизму и тектонике плит.

Неожиданное открытие о составе поверхности

Исследователи из Института исследования Солнечной системы имени Макса Планка в Германии и университетов Мюнстера и Гёттингена провели наиболее точное на сегодня измерение содержания диоксида кремния на поверхности Меркурия. Результаты, опубликованные в журнале Planetary Research, оказались неожиданными.

Диоксид кремний — это соединение, состоящее из одного атома кремния и двух атомов кислорода. На Земле оно встречается в чистом виде в песке и является основным компонентом вулканических пород. Базальт, андезит и гранит могут содержать до 75 процентов диоксида кремния. На Меркурии же его оказалось значительно меньше.

Что это говорит о прошлом планеты

По словам Кристиана Ренгли, ведущего автора исследования и руководителя группы Experimental Laboratory Magma Ocean в институте Макса Планка, низкое содержание диоксида кремния на Меркурии указывает на то, что вулканические породы образовались из более глубоко расплавленного материала мантии, чем предполагалось ранее.

Мантия — это слой под твёрдой корой планеты. В ранней истории планеты большая часть этого региона может оставаться расплавленной. По мере охлаждения расплавленной мантии первые затвердевающие породы содержат относительно мало диоксида кремния. По мере кристаллизации большего количества материала диоксид кремния становится всё более концентрированным в оставшемся расплаве. Таким образом, лава, поступившая на поверхность позже в этом процессе, обычно содержит большие количества этого соединения.

Необычно низкие уровни диоксида кремния на поверхности могут указывать на иную историю. В случае Меркурия находка предполагает, что вулканический материал мог поступать из более глубоких регионов мантии, которые испытали более обширное плавление при очень высоких температурах. Альтернативное объяснение: кора Меркурия первоначально содержала больше диоксида кремния, но постепенно теряла кислород с течением времени.

Как учёные изучали Меркурий

Определить точный состав Меркурия сложно, потому что учёные никогда не собирали образцы пород с его поверхности. На Меркурии никогда не работал ни один посадочный модуль, поэтому исследователи полагаются на дистанционные наблюдения с помощью телескопов и космических аппаратов.

Инфракрасное излучение, испускаемое поверхностью, может дать подсказки о присутствующих минералах и химических соединениях. Сложность заключается в том, чтобы научиться переводить эти инфракрасные сигналы в надёжные оценки состава.

Лабораторный метод калибровки

Для совершенствования этого процесса исследователи сначала создали в лаборатории крошечные стеклянные бусины диаметром около половины миллиметра, каждая содержащая тщательно контролируемое количество диоксида кремния. Затем команда измерила точные инфракрасные свойства каждого образца.

Как объясняет Ирис Вебер из Университета Мюнстера, стеклянные бусины выполняют функцию, аналогичную калибровочным гирям на весах. Их вес известен точно, что позволяет правильно интерпретировать показания весов. Аналогично, стеклянные бусины позволяют исследователям делать правильные выводы из свойств инфракрасного излучения.

Проверка метода на Луне

Перед применением метода к Меркурию учёные протестировали его на гораздо более крупной естественной мишени — Луне. Луна предоставляет необычно полезный тест, потому что учёные располагают как детальными дистанционными наблюдениями, так и фактическими образцами лунных пород.

Орбитальный аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter НАСА вращается вокруг Луны с 2009 года, собирая высокоразрешающие измерения инфракрасного излучения, исходящего с её поверхности. Используя эти измерения и новый метод калибровки, исследователи создали первую полную карту содержания диоксида кремния на поверхности Луны.

Затем они сравнили эти результаты с лунными образцами, доставленными на Землю из разных мест астронавтами и беспилотными космическими аппаратами. Это сравнение позволило проверить, соответствовали ли их оценки, основанные на инфракрасном излучении, известному составу реальных образцов. Только после успешного прохождения этого лунного теста исследователи применили метод к Меркурию.

Анализ данных с Земли

На заключительном этапе исследования учёные проанализировали инфракрасные наблюдения Меркурия, собранные с Земли, включая измерения, сделанные телескопом Бок в обсерватории Стюарда в штате Аризона США. Эти данные привели к оценке, что поверхность Меркурия содержит около 37 процентов диоксида кремния — значительно меньше, чем учёные полагали ранее.

Это данные исследования, а не медицинский совет.