Mercurys 400 C-varme kan hjælpe den til at lave sin egen is

Det er allerede svært at tro, at der er is på Merkur, hvor dagtemperaturerne når 400 grader celsius, eller 750 grader Fahrenheit. Nu siger en kommende undersøgelse, at Vulcan-varmen på planeten tættest på solen sandsynligvis hjælper med at lave noget af den is.

Som med Jorden, asteroider leverede det meste af Merkurs vand, den videnskabelige konsensus holder. Men den ekstreme varme i dagtimerne kan kombineres med minus 200 graders kulde i kroge af polare kratere, der aldrig ser sollys til at fungere som et gigantisk isfremstillings-kemilaboratorium, siger forskere ved Georgia Institute of Technology.

Kemien er ikke for kompliceret. Men det nye studie modellerer det på komplekse forhold på Merkur, inklusiv solvinde, der beskyder planeten med ladede partikler, hvoraf mange er protoner, der er nøglen til den kemi. Modellen præsenterer en mulig vej for vand til at opstå og samle sig som is på en planet fyldt med alle de nødvendige komponenter.

"Dette er ikke noget mærkeligt, idé uden for venstre felt. Den grundlæggende kemiske mekanisme er blevet observeret dusinvis af gange i undersøgelser siden slutningen af ​​1960'erne, " sagde Brant Jones, en forsker ved Georgia Tech's School of Chemistry and Biochemistry og avisens første forfatter. "Men det var på veldefinerede overflader. At anvende den kemi på komplicerede overflader som dem på en planet er banebrydende forskning."

Hed, simpel kemi

Mineraler i Mercurys overfladejord indeholder det, der kaldes hydroxylgrupper (OH), som primært genereres af protonerne. I modellen, den ekstreme varme hjælper med at frigøre hydroxylgrupperne og giver dem energi til at smadre ind i hinanden for at producere vandmolekyler og brint, der løfter sig fra overfladen og driver rundt på planeten.

Nogle vandmolekyler nedbrydes af sollys eller stiger langt over planetens overflade, men andre molekyler lander nær Merkurs poler i permanente skygger af kratere, der beskytter isen mod solen. Kviksølv har ikke en atmosfære og dermed ingen luft, der kan lede varme, så molekylerne bliver en del af den permanente glacialis, der ligger i skyggerne.

"Det er lidt ligesom sangen Hotel California. Vandmolekylerne kan tjekke ind i skyggerne, men de kan aldrig forlade, " sagde Thomas Orlando, en professor ved Georgia Tech's School of Chemistry and Biochemistry og undersøgelsens hovedforsker. Orlando var med til at stifte Georgia Tech Center for Space Technology and Research.

"Den samlede mængde, som vi postulerer, der ville blive til is, er 10 ¹³ kilogram (10, 000, 000, 000, 000 kg eller 11, 023, 110, 000 tons) over en periode på omkring 3 millioner år, " sagde Jones. "Processen kan nemt tegne sig for op til 10 procent af Mercurys samlede is."

Forskerne vil offentliggøre deres resultater i Astrofysiske tidsskriftsbreve på mandag, 16. marts, 2020. Forskningen blev finansieret af NASA Solar System Exploration Research Virtual Institute (SSERVI)-programmet og NASA Planetary Atmospheres-programmet.

Rumfartøj bekræfter is

I 2011 en NASA-sonde begyndte at kredse om Merkur og bekræftede signaler, der er typiske for glacialis nær polerne. MESSENGER (Mercury Surface, Rummiljø, GEokemi, og Ranging) sendte rumfartøjer billeder og data tilbage, der bekræftede tidligere signaturer for is, der blev opsamlet år tidligere af jordbaseret radar.

Isen var snusket og lurede i permanente skygger i polære kratere på Merkur, som er pocked af meteorit og asteroide ar meget ligesom Jordens måne. Faktisk, ligheder mellem de to kugler, inklusive deres størrelser, har ført til mange sammenligninger, inklusive sandsynligheden for vandis på begge.

Mennesker har fundet svage tegn på mulig is på månen, men har fundet is med næsten absolut sikkerhed og i sammenlignelig overflod på Merkur. Det har udløst nogle hovedskraber:Hvis asteroider, kometer, og meteoritter slog Merkur og månen med vand, hvad er årsagen til forskellen i is tilstede? Modtog Merkur noget vand på en måde, der ikke ville virke på månen?

"Processen i vores model ville ikke være nær så produktiv på månen. For det første, der er ikke nok varme til at aktivere kemien væsentligt, " sagde Jones.

I et separat projekt, Orlandos laboratorium udvikler et system baseret på den samme kemi for at skabe vand på månen til fremtidige astronautstationer, der kan placeres der.

'Store magnetiske tornadoer'

Protoner fra solvinde er mere rigeligt på Merkur end på Jorden, hvor et mægtigt magnetfelt pisker solvindpartikler, inklusive protoner, tilbage ud i rummet. Merkurs felt er kun omkring 1 procent så stærkt, og det hvirvler protoner ned på overfladen.

"De er som store magnetiske tornadoer, og de forårsager enorme protonvandringer over det meste af Merkurs overflade over tid, " sagde Orlando.

Protonerne implanterer sig selv i jorden over hele planeten omkring 10 nanometer dyb, danner hydroxylgrupperne (OH) i mineralerne, som diffunderer til overfladen, hvor varmen klarer resten.

"Jeg vil indrømme, at masser af vandet på Mercury blev leveret af påvirkning af asteroider, " sagde Jones. "Men der er også spørgsmålet om, hvor asteroider fyldt med vand fik det vand. Processer som disse kunne have været med til at gøre det."

"En komet eller asteroide behøver faktisk ikke at bære vand, fordi kollisionen alene med en planet eller måne også kan lave vand, " sagde Orlando. "Kviksølv og månen bliver altid ramt af små meteoroider, så det her sker hele tiden."