Ein Radarbild der Nordpolarregion von Merkur wird einem Mosaik von MESSENGER-Bildern desselben Gebiets überlagert angezeigt. Alle größeren polaren Ablagerungen befinden sich auf den Böden oder Wänden von Einschlagskratern. Ablagerungen, die weiter vom Pol entfernt sind, konzentrieren sich auf die Nordseiten der Krater. Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory
Vor über 20 Jahren wurden in der Nordpolarregion auf Merkur radarhelle Materialien gesichtet, und seitdem postulieren Wissenschaftler, dass sich dort in dauerhaft abgeschatteten Regionen Wassereis verstecken könnte. Die neuesten Daten der Raumsonde MESSENGER – die jetzt den sonnennächsten Planeten umkreist – bestätigen, dass Merkur tatsächlich Wassereis sowie organisches Material in permanent beschatteten Kratern an seinem Nordpol enthält. Wissenschaftler sagten heute, dass Merkur an beiden Polen zwischen 100 Milliarden bis 1 Billion Tonnen Wassereis halten könnte, und das Eis könnte stellenweise bis zu 20 Meter tief sein. Darüber hinaus könnte faszinierendes dunkles Material, das das Eis bedeckt, andere flüchtige Stoffe wie organische Stoffe enthalten.
Das MESSENGER-Team hat diese Woche drei Artikel in der Zeitschrift Science veröffentlicht, die drei neue Beweislinien dafür präsentieren, dass Wassereis die Komponenten innerhalb der Krater am Nordpol des Merkur dominiert.
„Wassereis hat drei anspruchsvolle Tests bestanden und wir kennen keine andere Verbindung, die den Eigenschaften entspricht, die wir mit der MESSENGER-Raumsonde gemessen haben“, sagte Sean Solomon, Principal Investigator von MESSENGER, heute bei einem Briefing. „Diese Ergebnisse enthüllen ein sehr wichtiges Kapitel der Geschichte, wie im Laufe der Zeit Wassereis von Kometen und wasserreichen Asteroiden an die inneren Planeten geliefert wurde.“
MESSENGER erreichte Merkur letztes Jahr und Daten vom Neutronenspektrometer und Laser-Höhenmesser der Raumsonde wurden verwendet, um die Beobachtungen am Nordpol des Planeten durchzuführen.
Eine meterdicke Wassereisschicht ist weiß dargestellt. Reichlich Wasserstoffatome im Eis verhindern, dass die Neutronen in den Weltraum entweichen. Eine Signatur erhöhter Wasserstoffkonzentrationen (und infolgedessen Wassereis) ist eine Abnahme der MESSENGER-Nachweis von Neutronen auf dem Planeten. Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington
Die Neutronenspektroskopie misst die durchschnittlichen Wasserstoffkonzentrationen in den radarhellen Regionen des Merkur, und die Wissenschaftler konnten die Wassereiskonzentrationen aus den Wasserstoffmessungen ableiten.
„Die Neutronendaten zeigen, dass die Radar-hellen polaren Ablagerungen von Merkur im Durchschnitt eine wasserstoffreiche Schicht von mehr als zehn Zentimetern Dicke unter einer 10 bis 20 Zentimeter dicken Oberflächenschicht enthalten, die weniger wasserstoffreich ist“, sagte David Lawrence, a MESSENGER Teilnehmender Wissenschaftler am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University und Hauptautor einer der Arbeiten. „Die vergrabene Schicht hat einen Wasserstoffgehalt, der mit fast reinem Wassereis übereinstimmt.“
Dieses Bild zeigt Sonnenlicht, das den Boden und den Rand des Prokofjew-Kraters erreicht. Die nach Norden gerichteten Teile des Randes und des Inneren bleiben im ewigen Schatten, ebenso wie die zahlreicher anderer Krater. Klicken Sie auf das Bild, um einen Film anzusehen, der ungefähr einen halben Merkur-Sonnentag (176 Erdtage) simuliert und das aus MLA-Messungen abgeleitete digitale Geländemodell verwendet. Bildnachweis: NASA Goddard Space Flight Center/Massachusetts Institute of Technology/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington.
Daten des Mercury Laser Altimeters (MLA) von MESSENGER – das mehr als 10 Millionen Laserpulse auf Merkur abgefeuert hat, um detaillierte Karten der Topographie des Planeten zu erstellen – bestätigen die Radarergebnisse und Neutronenspektrometermessungen der Polarregion des Merkur. Gregory Neumann vom NASA Goddard Flight Center, Hauptautor des zweiten Artikels, sagte, das Team habe topografische Daten verwendet, um Beleuchtungsmodelle für Merkur-Nordpolarkrater zu entwickeln, die unregelmäßige dunkle und helle Ablagerungen bei naher Infrarotwellenlänge nahe dem Nordpol des Merkur aufdecken.
„Die wirkliche Überraschung ist, dass es dunkle Bereiche um helle Bereiche gab, die durchdringender waren als helle Bereiche des Radars“, sagte Neumann beim Briefing am Donnerstag. „Sie sind eine Decke, die die hellen flüchtigen Stoffe, die darunter liegen, schützt.“
Neumann sagte, dass Einschläge von Kometen oder Asteroiden, die reich an flüchtigen Stoffen sind, sowohl für die dunklen als auch für die hellen Ablagerungen gesorgt haben könnten, ein Ergebnis, das in einer dritten Veröffentlichung unter der Leitung von David Paige von der University of California, Los Angeles, bestätigt wurde.
Paige und seine Kollegen lieferten die ersten detaillierten Modelle der Oberflächen- und oberflächennahen Temperaturen der Nordpolarregionen von Merkur, die die tatsächliche Topographie der Merkuroberfläche, die mit MLA gemessen wurde, verwenden. Die Messungen „zeigen, dass die räumliche Verteilung von Regionen mit hoher Radarrückstreuung gut mit der vorhergesagten Verteilung von thermisch stabilem Wassereis übereinstimmt“, sagte er.
Eine Karte von „Permafrost“ auf Merkur, die die berechneten Tiefen unter der Oberfläche zeigt, in denen Wassereis als thermisch stabil vorhergesagt wird. Die Grauzonen sind Regionen, die für stabiles Wassereis in allen Tiefen zu warm sind. Die farbigen Regionen sind ausreichend kalt, damit das Eis unter der Oberfläche stabil ist, und die weißen Regionen sind ausreichend kalt ausgesetztes Oberflächeneis, um stabil zu sein. Die Ergebnisse des thermischen Modells sagen das Vorhandensein von Oberflächen- und unterirdischem Wassereis an denselben Stellen voraus, an denen sie durch erdgestützte Radar- und MLA-Beobachtungen beobachtet werden. Bildnachweis: NASA/UCLA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington
Laut Paige ist das dunkle Material wahrscheinlich eine Mischung aus komplexen organischen Verbindungen, die durch den Einschlag von Kometen und flüchtigen Asteroiden an Merkur geliefert wurden, die gleichen Objekte, die wahrscheinlich Wasser an den innersten Planeten geliefert haben. Das organische Material kann durch die starke Strahlung an der Merkuroberfläche sogar in dauerhaft abgeschatteten Bereichen weiter nachgedunkelt worden sein.
Dieses dunkle Isoliermaterial ist ein neues und faszinierendes Stück der Geschichte von Merkur, das MESSENGER zu entwirren versucht, sagte Solomon, und wirft die Frage auf, welche Arten von organischen Stoffen dort gefunden werden könnten. Solomon fügte hinzu, dass Merkur jetzt ein interessantes Objekt für die Astrobiologie werden könnte, sagte jedoch unmissverständlich, dass keiner der Wissenschaftler glaubt, dass es auf Merkur Leben gibt. Dies könnte jedoch Aufschluss über den Aufstieg organischer Stoffe auf der Erde geben.
Darüber hinaus sagte der Wissenschaftler, dass es auf Merkur keine Chance für flüssiges Wasser gibt, obwohl die Temperaturen in einigen Regionen für flüssiges Wasser förderlich wären. Aber ohne Atmosphäre auf Merkur würde Wasser nicht lange bleiben. 'Es wäre wirklich schnell zu Eis oder Dampf', sagte Paige.
Dieses Schema der Umlaufbahn von MESSENGER veranschaulicht einige der Herausforderungen bei der Erfassung von Beobachtungen der Nordpolarregion des Merkur. Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington
Solomon sagte, dass es nicht einfach und nicht schnell war, diese Messungen zu erhalten. „Selbst auf den höchsten Breitengraden, die MESSENGER erreicht, muss die Raumsonde in einem schrägen Winkel auf die Nordpolarregionen schauen“, sagte er.
Während seiner primären Orbitalmission befand sich MESSENGER in einer 12-Stunden-Umlaufbahn und befand sich am nördlichsten Punkt seiner Flugbahn in einer Höhe zwischen 244 und 640 km. Seit April 2012 befindet sich MESSENGER in einer 8-Stunden-Umlaufbahn, wie oben abgebildet, und befindet sich am nördlichsten Punkt seiner Flugbahn in einer Höhe zwischen 311 und 442 km. Selbst von diesen hohen Breitengraden aus füllen die polaren Ablagerungen des Merkur nur einen kleinen Teil des Sichtfeldes vieler Instrumente von MESSENGER.
Aber trotz der Herausforderungen, so Solomon, hätten die eineinhalb Jahre MESSENGER im Orbit nun klare Ergebnisse gebracht.
