Na Merkurym jest inaczej, niż myślano!

Do dzisiaj sonda przesłała na Ziemię dziesiątki tysięcy wysokiej jakości zdjęć, które mogą wywrócić do góry nogami dotychczasowe hipotezy. Naukowcy liczą na to, że na podstawie tych danych ustalą pochodzenie oraz historię geologiczną planety. Chcą również określić naturę pola magnetycznego, a także wielkość i stan jądra Merkurego. Być może uda im się także zrozumieć zewnętrzne oraz wewnętrzne procesy zachodzące na tej niewielkiej planecie.

Nazwa sondy jest skrótowcem, po jego rozwinięciu otrzymujemy: MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry i Ranging, co w polskim tłumaczeniu oznacza powierzchnię, środowisko kosmiczne, geometrię i pomiary Merkurego. Messenger po angielsku to także posłaniec.

W mitologii rzymskiej, Merkury był posłańcem bogów, teraz sonda MESSENGER stała się naszym ziemskim wysłannikiem na planetę nazwaną jego imieniem.

Zanim sonda MESSENGER dotarła do Merkurego odbyła jeszcze dwa przeloty wokół Wenus, gdzie przetestowano zainstalowane urządzenia. Uzyskano dzięki temu ponad 600 zdjęć naszej planetarnej sąsiadki.

W styczniu 2008 r. sonda wykonała swój pierwszy przelot koło Merkurego. Zebrała dane dotyczące mineralogicznego i pierwiastkowego składu powierzchni planety. Były one kluczowe dla badaczy zajmujących się procesem formowania się Merkurego. Dane z tego przelotu zostały jednocześnie wykorzystane do zaplanowania obserwacji na orbicie planety, na którą weszła 18 marca 2011 r.

Naukowcy założyli, że misja badawcza MESSENGERA potrwa jeden rok ziemski. Ma to wystarczyć do rozwiania dotychczasowych wątpliwości związanych z Merkurym. Dla niektórych badaczy będzie to przyczynek do sformułowania nowych hipotez, które być może zweryfikują kolejne misje.

Sonda MESSENGER wysyła naukowcom wyniki pomiarów pola magnetycznego planety, dzięki czemu mogą oni obserwować interakcje z cząsteczkami wiatru słonecznego. Dostarcza też rozległych pomiarów składu chemicznego powierzchni oraz dane na temat jej topografii.

Szef projektu Sean Carl Solomon z waszyngtońskiego Instytutu Carnegie (USA) uważa, że nareszcie otrzymamy całościowy obraz Merkurego, który odzwierciedli jego charakter. Jak przypuszcza badacz, wiele z naszych wcześniejszych hipotez odstawiliśmy na boczny tor, nowe obserwacje prowadzą do nowych wniosków. Z całą pewnością możemy oczekiwać kolejnych niespodzianek pojawiających się równolegle z odkrywaniem przez najbardziej wewnętrzną planetę naszego Układu Słonecznego długo skrywanych tajemnic.

Zdjęcia Merkurego wykonane w latach 1974-1975 przez sondę Mariner 10 nie były zbyt dobrej jakości. Można z nich było co prawda wywnioskować, że równiny w pobliżu bieguna północnego mogą być interesujące, jednak w oparciu o obraz tak niskiej rozdzielczości nie sposób ich było dokładnie zbadać.

Dopiero w wyniku misji MESSENGERA i dzięki zastosowaniu najnowszych technologii stworzono całościową mapę podstawową planety o średniej rozdzielczości 1,2 km na piksel. Opracowano ją na podstawie monochromatycznych i stereoskopowych zdjęć wykonanych dzięki jednemu z systemów pomiarowych sondy o nazwie Mercury Dual Imaging System (MDIS). Jest to imponujące osiągniecie, dzięki któremu mamy obecnie dostęp do pierwszego kompletnego i szczegółowego obrazu powierzchni całej planety przy optymalnych warunkach świetlnych.

Na liście zadań sondy MESSENGER znajduje się też badanie obszarów okołobiegunowych, gdzie dwie dekady temu radarowe zdjęcia wykryły miejsca, które mogłyby być pokryte lodem, nie wykluczono wówczas, że mógł to być lód wodny. Kolejna hipoteza przewidywała, że część lodu mogła się zachować w najgłębszych i wiecznie zaćmionych miejscach kraterów uderzeniowych. Czy ta teoria potwierdzi się, zobaczymy.

Otrzymane dzięki MDIS obrazy multiespektralne w połączeniu z danymi pochodzącymi ze spektrometrów np. XRS (X-Ray Spectrometer) pozwoliły na dokładniejsze zbadanie historii skorupy planety. Podczas przelotu sondy powstały zdjęcia ukazujące rozległe obszary gładkich równin w pobliżu bieguna północnego, powstałych na skutek działalności wulkanów.

Jak się obecnie przypuszcza, są największymi magazynami osadów wulkanicznych na tej planecie. Szacuje się, że mają grubość do kilku kilometrów. Przemawia to za tezą, iż skorupę Merkurego mogła kształtować w wyraźny sposób działalność wulkaniczna. Jednak całkowite naprężenia w warstwach powierzchniowych mogłyby wskazywać na tendencję do tłumienia erupcji magmy na powierzchnię.

XRS miał za zadanie analizować fluorescencję rentgenowską z niektórych pierwiastków na powierzchni. Dzięki temu przyczynił się do określenia ilości kluczowych pierwiastków na Merkurym. Proporcje występowania niektórych pierwiastków zmierzone na rozległych obszarach potwierdziły przypuszczenia, zgodnie z którymi skały bogate w skaleń nie są dominujące na tej planecie.

Za pomocą spektrometru XRS odkryto również znaczne ilości siarki, co potwierdziło wcześniejszą hipotezę bazującą na danych opartych na pomiarach ziemskich teleskopów. Odkrycie to wskazuje, że pierwotny materiał, z którego powstał Merkury, mógł zawierać mniej tlenu i jego związków niż ten, który tworzy pozostałe planety skaliste. Mogłoby to wskazywać, że źródłem aktywności wulkanów były w przeszłości gazy siarkowe.

Obecność dużej ilości siarki, jak się przypuszcza, może wpływać na płynny stan skupienia jądra Merkurego, ponieważ to zawartość siarki obniża temperaturę topnienia żelaza.

MESSENGER MLA (Merkury Laser Altimeter) systematycznie mapuje topografię północnej półkuli Merkurego. Z niezwykłą precyzją monitoruje duże kształty i profile występujących tam elementów geologicznych. Wśród interesujących szczegółów można wymienić na przykład różniące się kolorystycznie formacje na niektórych poziomach kraterów. Nowe pomiary MDIS, o dokładności do 10 m na piksel, odkryły w nich skupiska nieregularnych zagłębień, których wielkość waha się od setek metrów do kilku kilometrów. Otacza je rozproszony materiał o wyższej zdolności do odbijania światła w pobliżu centralnych wierzchołków i obrzeży kraterów.

Wygląd tych reliefów jest różny od wszystkiego, co dotychczas widzieliśmy na Merkurym i Księżycu - mówi dr Brett Denevi z Uniwersytetu Johna Hopkinsa w Maryland (USA). - Ciągle dyskutujemy na temat ich pochodzenia, wydaje się, że powstały one stosunkowo niedawno, co może oznaczać wyższą, niż wcześniej sądzono koncentrację pierwiastków lotnych w skorupie Merkurego. Według niektórych naukowców zagłębienia przypominają ślady po pękniętych pęcherzach.

Pomiary wykonane za pomocą GRNS (Gamma-Ray and Neutron Spectrometr), ,innego spektrometru znajdującego się na sondzie MESSENGER wykazały znaczną ilość pierwiastków radioaktywnych, a dokładnie izotopów potasu i toru.

- Ilość potasu podaje w wątpliwość niektóre wcześniejsze teorie dotyczące składu i pochodzenia Merkurego - zgadza się Larry Nittler z Instytutu Carnegie. - Wyprowadzone przez nas proporcje występowania potasu i toru są podobne do tych spotykanych na innych planetach skalnych, co wskazuje na to, że Merkury nie ma tak niskiej zawartości substancji ciekłych, jak wynikało z wcześniejszych założeń dotyczących jego powstania i rozwoju.

Jednym z ciekawszych odkryć dokonanych przez poprzedniczkę MESSENGERA, sondę Mariner 10, było zarejestrowanie w 1974 r. czterech rozbłysków w magnetosferze Merkurego, wywołanyvh przez cząstki o wysokiej energii.

Wysyłając kolejną sondę naukowcy spodziewali się podobnego typu obserwacji. W latach 2008-2009, MESSENGER nie zarejestrował jednak takich zjawisk. Dopiero w chwili wejścia na orbitę okołobiegunową Merkurego sonda wykryła kolejne rozbłyski. Nie były one jednolite, miały różne energie, od 10 do ponad 200 keV (kiloelektronowoltów). Wszystko wskazywało na to, że powyższe zjawisko było efektem wzajemnego oddziaływania cząstek wiatru słonecznego i pola magnetycznego planety. Zastanawia jednak fakt skąd pochodzą tak wysokoenergetyczne elektrony? Jedną z możliwych hipotez jest indukcja związana z szybkimi zmianami w polu magnetycznym.

Merkury jest skalistą planetą, posiada jednak olbrzymie, bogate w żelazo jądro. Naukowcy szacują, że zajmuje ono 42 proc. objętości planety. Jest przy tym przyczyną jej relatywnie wysokiej gęstości (5,427 g/cm3), podobnej do ziemskiej.

Jedna z teorii zakłada, że na początku formowania się naszego układu planetarnego Słońce przyciągnęło do siebie materię o wysokiej gęstości, bogatą w metale. Teorii tej nie można dziś wykluczyć, choć nowo pozyskane dane wskazują na to, że Merkury wytworzył większe zewnętrzne warstwy, które później prawdopodobnie stracił podczas kolizji z innym ciałem niebieskim.

Inna z hipotez mówiła o tym, że przed utworzeniem się Merkurego gaz mgławicy słonecznej powodował opór aerodynamiczny. Opór ten hamował ruch pyłu, powodując usunięcie z dysku składowej lżejszego pyłu. Z każdej z tych hipotez wynika inny skład chemiczny powierzchni, naukowcy liczą na to, że misja MESSENGERA rozwieje choć część wątpliwości.

Umieszczony na sondzie magnetometr MAG dostarczył, nam nowych informacji na temat pola magnetycznego Merkurego. Spośród czterech planet wewnętrznych tylko on i Ziemia mogą się pochwalić dużym polem magnetycznym. S. Solomon z Instytutu Carnegie przypuszczał, że pole magnetyczne Merkurego mogło być podobne do ziemskiego, okazało się jednak, że nie jest to prawda.

Pomiary wykazały, że na półkuli północnej pole magnetyczne Merkurego jest znacznie grubsze niż na półkuli południowej. Równik magnetyczny leży aż 480 km na północ od równika geograficznego. Taka asymetria powstaje wtedy, gdy tworzy się pole, na granicy pomiędzy zewnętrznym jądrem i płaszczem. Podobne zjawisko możemy zaobserwować jeszcze tylko na jednej planecie naszego Układu Słonecznego, a mianowicie na Saturnie (tam jednak asymetria jest ok. 3,3 razy mniejsza).

W 2014 r. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) wraz z Japońską Agencja Badań Kosmicznych (JAXA) zamierzają zorganizować własną misję na Merkurego. Najprawdopodobniej w projekcie wezmą udział dwie sondy kosmiczne pod nazwą BepiColombo. Jedna za zadanie będzie miała wykonać mapy planety, druga ma służyć do badania magnetosfery.

Planowo sondy mają dolecieć do miejsca docelowego w latach 2019-2020 i pozostać na orbicie tak jak MESSENGER, około jednego roku ziemskiego.

Naukowcy już dziś są zgodni co do tego, że dane z obu misji odeślą do lamusa niejedną z dzisiejszych hipotez dotyczących powstania i rozwoju Merkurego oraz jego położenia w Układzie Słonecznym.

Katarzyna Tkacz-Nowakowska