Використовуючи передовий метод виявлення магнітних хвиль, нове дослідження, опубліковане в Nature Communications, вперше виявило літій в екзосфері Меркурія. Екзосфера Меркурія — це крихке середовище, де молекули газу розріджені та рідко взаємодіють одна з одною. З 1970-х років навколо Меркурія оберталися такі місії, як космічний апарат Mariner 10, а пізніше MESSENGER, збираючи дані. Завдяки інформації, зібраній місіями та телескопами на Землі, вчені виявили присутність таких речовин, як водень, калій, натрій та залізо. Відкриття лужних металів, таких як калій та натрій, спонукало вчених припустити, що інші лужні метали, такі як літій, повинні існувати, виходячи з сучасного розуміння формування планет. Протягом багатьох років більшість зусиль не дали жодних результатів, що означає, що літій може бути присутнім у надзвичайно низьких концентраціях в екзосфері. Дослідницька група під керівництвом Даніеля Шміда з Австрійської академії наук підійшла до пошуку з нового боку. Замість безпосереднього пошуку атомів літію, вони використовували вимірювання магнітного поля для ідентифікації електромагнітної хвильової сигнатури, яка називається «циклотронні хвилі захоплення іонів» (ICW), що вказує на наявність літію. «Під час нашого дослідження [даних магнітного поля MESSENGER] ми виявили ознаки циклотронних хвиль іонів, що підхоплюють сигнал, які можна віднести до щойно іонізованого літію», – сказав Шмід в інтерв’ю Phys.org. «Це відкриття свідчить про те, що поверхня Меркурія збагатилася леткими елементами через безперервні зіткнення з метеоритами, що також сприяє їхньому вивільненню в екзосферу та космос». ВПС утворюються в результаті численних фізичних процесів, що відбуваються на поверхні Меркурія та в його атмосфері. Коли нейтральні атоми літію піднімаються з поверхні Меркурія в космос, вони стикаються з інтенсивним сонячним ультрафіолетовим випромінюванням. Це випромінювання відриває електрони від атомів літію, перетворюючи їх на заряджені іони літію. Ці щойно іонізовані частинки захоплює сонячний вітер — постійний потік заряджених частинок, що течуть від Сонця. Коли сонячний вітер «підхоплює» ці свіжі іони літію, він створює нестабільність у навколишній плазмі. Різниця швидкостей між щойно утвореними іонами літію та частинками сонячного вітру породжує електромагнітні хвилі, що поширюються в космосі. Вони виробляють характерний сигнал. Вони коливаються на циклотронній частоті іонів літію, характерній частоті, яка повністю визначається унікальним співвідношенням маси до заряду літію та локальною напруженістю магнітного поля. Це схоже на те, як кожен елемент має свій власний електромагнітний відбиток. «Іони, що захоплюють сигнал, створюють хвилі на характерних частотах, що дозволяє нам ідентифікувати їхню присутність за допомогою їхніх магнітних сигнатур», – пояснив Шмід. «Ні детектори частинок на борту Mariner 10 та MESSENGER, ні наземні телескопи не змогли підтвердити наявність літію, незважаючи на очікування щодо існування літію, засновані на виявленні інших летких елементів». Дослідницька група проаналізувала чотири роки даних магнітного поля, отриманих за допомогою MESSENGER, і визначила 12 незалежних подій, під час яких виникали взаємно-захистні хвилі (ICW). Кожна подія, що тривала лише десятки хвилин, давала короткий уявлення про вивільнення літію в розріджену атмосферу Меркурія. Бомбардування метеороїдами Спорадичний та короткочасний характер цих виявлень дав вирішальні підказки щодо походження літію. Дослідники виключили повільно діючі процеси, включаючи теплове нагрівання та постійне бомбардування сонячним вітром. Натомість, усі ознаки вказували на вибухові події короткої тривалості, такі як падіння метеороїдів. Коли метеороїди вдаряються об поверхню Меркурія зі швидкістю близько 110 кілометрів на секунду, вони створюють вибухові удари, які випаровують як гірські породи, що падають, так і поверхневий матеріал Меркурія. Внаслідок ударів утворюються хмари пари, нагріті до 2500–5000 Кельвінів, що достатньо високо, щоб підняти атоми літію в екзосферу Меркурія. «Виявлення літію та його зв’язок з ударними подіями переконливо підтверджує гіпотезу», — сказав Шмід. «Це демонструє, що метеороїди не лише доставляють новий матеріал, але й випаровують існуючі поверхневі відкладення, вивільняючи леткі речовини в екзосферу та підтримуючи динамічний цикл постачання». Дослідники підрахували, що метеороїди, відповідальні за виявлення літію, мали радіус від 13 до 21 сантиметра, а масу — від 28 000 до 120 000 грамів. Примітно, що ці зіткнення можуть випаровувати приблизно в 150 разів більше поверхневого матеріалу, ніж власна маса метеороїда. Переписування історії Мерк’юрі Ці висновки ставлять під сумнів традиційні уявлення про те, як Меркурій сформував свій склад. Ранні моделі припускали, що близькість Меркурія до Сонця мала б позбавити планету летких елементів під час її формування, залишивши після себе відносно безплідний світ. «Меркурій має надзвичайно високу щільність маси, з надмірно великим залізним ядром порівняно з його кам’янистою мантією», – пояснив Шмід. «Одна гіпотеза припускає, що масивне раннє зіткнення в поєднанні з близькістю планети до Сонця призвело до втрати більшої частини мантії та її летких речовин. Однак MESSENGER виявив значну кількість летких елементів, що суперечить цій ідеї». Натомість дослідження пропонує іншу версію. Поверхня Меркурія безперервно збагачувалася протягом мільярдів років через бомбардування метеороїдами. Це пропонує новий погляд на те, як кам’янисті планети еволюціонують під постійним бомбардуванням. Окрім застосування до Меркурія, цей підхід може допомогти вченим досліджувати тонкі атмосфери по всій Сонячній системі, особливо в місцях, де прямий збір даних ускладнений. «Вони припускають, що навіть безповітряні тіла, такі як Місяць, Марс та астероїди, можуть набувати летких речовин після формування внаслідок позаземної доставки», – зазначив Шмід. «Фактично, це вже було показано на Місяці. Це має важливі наслідки для розуміння хімії поверхні та довгострокового космічного вивітрювання у внутрішній частині Сонячної системи».