Nye estimater af Mercurys tynd, tæt skorpe

Kviksølv er lille, hurtigt og tæt på solen, gør den stenede verden udfordrende at besøge. Kun én sonde har nogensinde kredset om planeten og indsamlet nok data til at fortælle videnskabsmænd om kemien og landskabet på Merkurs overflade. At lære om, hvad der er under overfladen, imidlertid, kræver omhyggelig vurdering.

Efter sondens mission sluttede i 2015, Planetforskere vurderede, at Merkurs skorpe var omkring 22 miles tyk. En videnskabsmand fra University of Arizona er uenig.

Ved at bruge de nyeste matematiske formler, Lunar and Planetary Laboratory associeret videnskabsmand Michael Sori anslår, at Mercurial skorpen er kun 16 miles tyk og er tættere end aluminium. Hans studie, "En tynd, Tæt skorpe for kviksølv, " vil blive offentliggjort 1. maj i Earth and Planetary Science Letters og er i øjeblikket tilgængelig online.

Sori bestemte tætheden af ​​Mercurys skorpe ved hjælp af data indsamlet af Mercury Surface, Space Environment and Geochemistry Ranging (MESSENGER) rumfartøjer. Han lavede sit skøn ved hjælp af en formel udviklet af Isamu Matsuyama, en professor i Lunar and Planetary Laboratory, og University of California Berkeley videnskabsmand Douglas Hemingway.

Soris skøn understøtter teorien om, at Merkurs skorpe i vid udstrækning er dannet gennem vulkansk aktivitet. At forstå, hvordan skorpen blev dannet, kan gøre det muligt for videnskabsmænd at forstå dannelsen af ​​hele den mærkeligt strukturerede planet.

"Af de jordiske planeter, Kviksølv har den største kerne i forhold til sin størrelse, " sagde Sori.

Merkurs kerne menes at optage 60 procent af hele planetens volumen. Til sammenligning, Jordens kerne fylder omkring 15 procent af dens volumen. Hvorfor er Merkurs kerne så stor?

"Måske dannede den sig tættere på en normal planet, og måske blev meget af skorpen og kappen fjernet af gigantiske stød, " sagde Sori. "En anden idé er, at måske, når du danner dig så tæt på solen, solvindene blæser meget af klippen væk, og man får meget tidligt en stor kernestørrelse. Der er ikke et svar, som alle er enige om endnu."

Soris arbejde kan hjælpe med at pege videnskabsmænd i den rigtige retning. Allerede, det har løst et problem med hensyn til klipperne i Merkurs skorpe.

Mercurys mystiske klipper

Da planeterne og Jordens måne blev dannet, deres skorper blev født af deres kapper, laget mellem en planets kerne og skorpe, der siver og flyder i løbet af millioner af år. Volumenet af en planets skorpe repræsenterer procentdelen af ​​kappen, der blev forvandlet til sten.

Før Soris studie, skøn over tykkelsen af ​​Mercurys skorpe fik videnskabsmænd til at tro, at 11 procent af planetens oprindelige kappe var blevet omdannet til sten i skorpen. For Jordens måne – det himmellegeme, der er nærmest Merkur i størrelse – er tallet lavere, tæt på 7 pct.

"De to kroppe dannede deres skorper på meget forskellige måder, så det var ikke nødvendigvis alarmerende, at de ikke havde nøjagtig den samme procentdel af sten i deres skorpe, " sagde Sori.

Månens skorpe blev dannet, da mindre tætte mineraler flød til overfladen af ​​et hav af flydende sten, der blev kroppens kappe. På toppen af ​​magmahavet, månens flydende mineraler afkølede og hærdede til en "flydeskorpe". Eoner af vulkanudbrud dækkede Merkurs overflade og skabte dens "magmatiske skorpe."

At forklare, hvorfor Merkur skabte flere sten, end månen gjorde, var et videnskabeligt mysterium, ingen havde løst. Nu, sagen kan lukkes, som Soris undersøgelse placerer procentdelen af ​​sten i Mercurys skorpe til 7 procent. Merkur er ikke bedre end månen til at lave sten.

Sori løste mysteriet ved at estimere skorpens dybde og tæthed, hvilket betød, at han måtte finde ud af, hvilken slags isostasi der understøttede Merkurs skorpe.

Bestemmelse af tæthed og dybde

Den mest naturlige form for en planetarisk krop at antage er en glat kugle, hvor alle punkter på overfladen er lige langt fra planetens kerne. Isostasy beskriver, hvordan bjerge, dale og bakker understøttes og forhindres i at flade ud til glatte sletter.

Der er to hovedtyper isostasi:Pratt og Airy. Begge fokuserer på at balancere masserne af lige store skiver af planeten. Hvis massen i en skive er meget større end massen i en skive ved siden af, planetens kappe vil sive, forskydning af skorpen oven på den, indtil masserne af hver skive er lige store.

Pratt isostasi siger, at en planets skorpe varierer i tæthed. En skive af planeten, der indeholder et bjerg, har samme masse som en skive, der indeholder fladt land, fordi skorpen, der gør bjerget, er mindre tæt end skorpen, der laver fladt land. På alle steder på planeten, bunden af ​​skorpen flyder jævnt på kappen.

Indtil Sori afsluttede sit studie, ingen videnskabsmand havde forklaret, hvorfor Pratt isostasi ville eller ikke ville støtte Mercurys landskab. For at teste det, Sori havde brug for at relatere planetens tæthed til dens topografi. Forskere havde allerede konstrueret et topografisk kort over Merkur ved hjælp af data fra MESSENGER, men et kort over tæthed eksisterede ikke. Så Sori lavede sit eget ved at bruge MESSENGERs data om de grundstoffer, der findes på Merkurs overflade.

"Vi ved, hvilke mineraler der normalt danner sten, og vi ved, hvilke grundstoffer hvert af disse mineraler indeholder. Vi kan intelligent opdele alle de kemiske mængder i en liste over mineraler, " Sori sagde om den proces, han brugte til at bestemme placeringen og mængden af ​​mineraler på overfladen. "Vi kender tætheden af ​​hvert af disse mineraler. Vi lægger dem alle sammen, og vi får et kort over tæthed."

Sori sammenlignede derefter sit tæthedskort med det topografiske kort. Hvis Pratt isostasi kunne forklare Mercurys landskab, Sori forventede at finde højdensitetsmineraler i kratere og lavdensitetsmineraler i bjerge; imidlertid, han fandt ikke noget sådant forhold. Om Merkur, mineraler med høj og lav tæthed findes i både bjerge og kratere.

Med Pratt isostasi modbevist, Sori betragtede luftig isostasi, som er blevet brugt til at lave skøn over Merkurs skorpetykkelse. Luftig isostasi siger, at dybden af ​​en planets skorpe varierer afhængigt af topografien.

"Hvis du ser et bjerg på overfladen, den kan understøttes af en rod under den, " Sori sagde, sammenligne det med et isbjerg, der flyder på vandet.

Spidsen af ​​et isbjerg er understøttet af en ismasse, der stikker dybt ud under vandet. Isbjerget indeholder den samme masse som det vand, det fortrænger. Tilsvarende et bjerg og dets rod vil indeholde den samme masse som det kappemateriale, der forskydes. I kratere, skorpen er tynd, og kappen er tættere på overfladen. En kile af planeten, der indeholder et bjerg, ville have samme masse som en kile, der indeholder et krater.

"Disse argumenter virker i to dimensioner, men når du tager højde for sfærisk geometri, formlen virker ikke ligefrem, " sagde Sori.

Formlen for nylig udviklet af Matsuyama og Hemingway, selvom, virker for sfæriske legemer som planeter. I stedet for at balancere masserne af skorpen og kappen, formlen afbalancerer trykket, skorpen udøver på kappen, giver et mere præcist estimat af skorpetykkelse.

Sori brugte sine skøn over skorpens tæthed og Hemingway og Matsuyamas formel til at finde skorpens tykkelse. Sori er overbevist om, at hans estimat af Mercurys skorpetykkelse på dens nordlige halvkugle ikke vil blive modbevist, også selvom der indsamles nye data om Mercury. He does not share this confidence about Mercury's crustal density.

MESSENGER collected much more data on the northern hemisphere than the southern, and Sori predicts the average density of the planet's surface will change when density data is collected over the entire planet. He already sees the need for a follow-up study in the future.

The next mission to Mercury will arrive at the planet in 2025. In the meantime, scientists will continue to use MESSENGER data and mathematical formulas to learn everything they can about the first rock from the sun.