Теперь геологи из Массачусетского технологического института проследили часть истории охлаждения Меркурия и обнаружили, что между 4,2 и 3,7 миллиардами лет назад, вскоре после образования планеты, ее внутренние температуры упали на 240 градусов по Цельсию или 464 градуса по Фаренгейту.Они также определили, основываясь на этой быстрой скорости охлаждения и составе отложений лавы на поверхности Меркурия, что планета, вероятно, имеет состав энстатитового хондрита — типа метеорита, который крайне редко встречается на Земле.Тимоти Гроув, профессор геологии Сесила и Иды Грин в отделе наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института, говорит, что новая информация о прошлом Меркурия представляет интерес для отслеживания раннего образования Земли.
«Вот и мы сегодня, с 4,5 миллиардами лет планетарной эволюции, и поскольку Земля имеет такую ??динамическую внутреннюю часть, из-за воды, которую мы сохранили на планете, [вулканизм] просто стирает ее прошлое», — говорит Гроув. «На таких планетах, как Меркурий, ранний вулканизм гораздо более драматичен, и [как только] они остыли, не было более поздних вулканических процессов, которые уничтожили бы раннюю историю. Это первое место, где мы действительно можем оценить, насколько быстро остыло внутреннее пространство. в начале истории планеты ".Гроув и его коллеги, в том числе исследователи из Ганноверского университета в Германии; Льежский университет в Бельгии; и Байройтский университет в Германии опубликовали свои результаты в журнале Earth and Planetary Science Letters.Составы в кратерах
Для своего анализа команда использовала данные, собранные космическим кораблем НАСА MESSENGER. Зонд MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry and Ranging (MESSENGER) вращался вокруг Меркурия в период с 2011 по 2015 год, собирая измерения химического состава планеты при каждом пролете. Во время своей миссии MESSENGER создал изображения, на которых были обнаружены отложения лавы толщиной в километры, покрывающие всю поверхность планеты.
Рентгеновский спектрометр на борту космического корабля измерял рентгеновское излучение от поверхности планеты, создаваемое солнечными вспышками на Солнце, чтобы определить химический состав более чем 5800 отложений лавы на поверхности Меркурия.Соавтор Гроува, Оливье Намюр из Университета Ганновера, пересчитал состав поверхности всех 5800 локаций и сопоставил каждый состав с типом местности, в которой он был обнаружен, от областей с большим количеством кратеров до областей, подвергшихся меньшему воздействию. Плотность кратеров в регионе может кое-что сказать о возрасте региона: чем больше кратеров, тем старше поверхность, и наоборот. Исследователи смогли сопоставить состав лавы Меркурия с возрастом и обнаружили, что более старые отложения, возраст которых составляет около 4,2 миллиарда лет, содержат элементы, которые сильно отличаются от более молодых отложений, возраст которых оценивается в 3,7 миллиарда лет.
«Для всех планет верно то, что ландшафты разного возраста имеют разный химический состав, потому что внутри планеты все меняется», — говорит Гроув. «Почему они такие разные? Это то, что мы пытаемся выяснить».Редкий камень в 10 стандартных отклонениях
Чтобы ответить на этот вопрос, Гроув попытался проследить путь отложения лавы с момента его таяния внутри планеты до момента, когда он в конечном итоге извергся на поверхность Меркурия.Для этого он начал с воссоздания лавовых отложений Меркурия в лаборатории. Из 5 800 точек композиционных данных MESSENGER Grove выбрал две крайности: одна представляет более старые отложения лавы, а другая — более молодые. Он и его команда преобразовали соотношение элементов залежей лавы в химические строительные блоки, из которых состоит горная порода, а затем, следуя этому рецепту, создали синтетические породы, представляющие каждое отложение лавы.
Команда расплавила синтетические породы в печи, чтобы смоделировать момент времени, когда отложения были лавой и еще не затвердели в виде породы. Затем исследователи увеличили и уменьшили температуру и давление в печи, чтобы эффективно повернуть время вспять, имитируя извержение лавы из глубины планеты на поверхность в обратном порядке.На протяжении этих экспериментов команда искала крошечные кристаллы, образующиеся в каждом расплавленном образце, представляющие точку, в которой образец превращается из лавы в скалу. Это представляет собой стадию, на которой твердое скалистое ядро ??планеты начинает плавиться, образуя расплавленный материал, который плещется в мантии Меркурия, прежде чем извергнуться на поверхность.
Команда обнаружила удивительное несоответствие в двух образцах: более старая порода таяла глубже на планете, на 360 километров и при более высоких температурах 1650 ° C, в то время как более молодая порода плавилась на меньшей глубине, на 160 км и 1410 ° C. Эксперименты показывают, что внутренняя часть планеты резко остыла, более чем на 240 градусов Цельсия между 4,2 и 3,7 миллиардами лет назад — геологически короткий промежуток времени в 500 миллионов лет.«У Меркурия произошли огромные колебания температуры за довольно короткий период времени, что свидетельствует о действительно удивительном процессе плавления», — говорит Гроув.Исследователи определили химический состав крошечных кристаллов, которые образовались в каждом образце, чтобы идентифицировать исходный материал, который мог составлять внутреннюю часть Меркурия до того, как он расплавился и извергся на поверхность. Они обнаружили, что наиболее близким совпадением является энстатитовый хондрит, чрезвычайно редкая форма метеорита, который, как считается, составляет лишь около 2 процентов метеоритов, падающих на Землю.
«Теперь мы знаем, что что-то вроде энстатитового хондрита было исходным материалом для ртути, что удивительно, потому что они находятся примерно в 10 стандартных отклонениях от всех других хондритов», — говорит Гроув.Гроув предупреждает, что результаты группы не высечены на камне и что Меркурий мог быть скоплением других типов исходных материалов.
Чтобы это узнать, потребуется фактический образец с поверхности планеты.«Следующее, что действительно поможет нам продвинуться вперед в нашем понимании Меркурия, — это получить метеорит от Меркурия, который мы могли бы изучить», — говорит Гроув. "Было бы здорово."