Меркурий — самая необычная планета. Самая маленькая в Солнечной системе и ближайшая к светилу планета, она находится в резонансе вращения 3: 2, медленно поворачиваясь и испытывая палящий жар до 430 градусов Цельсия. В то время как на ночной стороне лютая стужа — до минус 170 градусов по Цельсию. Из-за того, что его ядро намного больше чем у Земли и к тому же богато железом, оно имеет вторую по величине среднюю плотность в Солнечной системе — всего на 1,5 процента ниже земной. Несмотря на близость к Солнцу, поверхность Меркурия, как ни удивительно, оказалась богатой летучими элементами, такими как натрий и сера.
Океаны с ранней планетной магмой не являются чем-то необычным, объяснила Линди Элкинс-Тантон, директор Школы исследования Земли и космоса в Университете штата Аризона.
«Мы думаем, что на всех каменистых планетах есть один или несколько — может быть, несколько — океанов магмы по мере их образования. Последствия аккреции к концу формирования планет настолько сильны; они растопят планеты до некоторой глубины», — отметила Элкинс-Тантон.
Ранняя Солнечная система была суровым и активным местом, полным летающих камней, массивных столкновений и тяжелых бомбардировок. Тепло, вызванное этими событиями, в дополнение к радиоактивному распаду и теплу, создаваемому гравитационной установкой богатого железом ядра Меркурия, поддерживало поверхность и внутреннее пространство планеты в расплавленном состоянии. Модели показывают, что эти процессы привели к повышению температуры поверхности примерно до 2400 К (3860 градусов по Фаренгейту). Могло ли испарение, а затем атмосферные потери изменить состав Меркурия?
Джегги, аспирант Бернского университета, вместе с коллегами предположили: Меркурий имеет два первоначальных размера, один больше сегодняшнего, как предполагают некоторые ученые, и четыре возможных состава океана магмы. Летучие вещества, такие как углекислый газ, окись углерода, водород (H2) и вода растворяются в магме и могут улетучиваться в виде газа при сбросе давления. Сравнительно нелетучие породообразующие элементы, такие как кремний, натрий или железо, могут существовать в виде газов, таких как монооксид кремния (SiO), только при очень высоких температурах, которые, как считается, существовали в раннем магматическом океане. Разница между летучими и нелетучими газообразными веществами состоит в том, что для данной температуры летучие вещества имеют гораздо большее равновесное давление пара, чем нелетучие. Это давление, которое атмосфера оказывает на поверхность магмы атмосферы, когда они сосуществуют.
Исследовательская группа провела совместную модель внутренней атмосферы, чтобы определить эффект испарения из океана в атмосферу и, после учета химических и физических процессов в атмосфере , результирующую потерю массы из атмосферы либо в космос, либо обратно на планету. Между тем планета остывала. Жидкая магма начинает кристаллизоваться при температуре 1700 К (2600 градусов по Фаренгейту), что делает 1500 К, использованные Джегги, хорошим приближением для времени жизни поверхностного расплава, и устанавливает конечную точку потери массы из-за океана магмы Меркурия.
Как в летучем, так и в нелетучем случае магматический океан испаряется, пополняя атмосферу. Молекулы могут покинуть ее одним из четырех способов, и ученые выяснили, что среди них доминировал «побег Джинса». Это модель предполагает, что молекулы, достигшие большой высоты, имеющие высокую скорость и малую массу, вылетают из верхних слоев атмосферы, прежде чем столкнуться с другими молекулами.
Важно, что общая потеря массы из двух испытанных атмосфер, летучих и нелетучих, оказалась очень похожей. Учитывая потерю массы, временная шкала модели для эффективного химического обмена внутри атмосферы составляла менее 10 000 лет, подразумевая, что процессы ускользания из атмосферы составляют лишь около 0,3 процента начальной массы Меркурия, или менее 2,3 км коры. (Современный радиус Меркурия составляет 2440 км.)
Таким образом, кумулятивная потеря массы, похоже, не изменила существенно основной состав мантии Меркурия на стадии магматического океана. Таким образом, время охлаждения, которое зависит от вызванного парникового эффекта, определяет, сколько материала теряется за время существования океана магмы.
По словам Джегги, Меркурий почти ничего не потерял от первоначальной атмосферы. Эти результаты могут быть распространены на Луну, экзопланету или планету, похожую на Землю, которая начинается в фазе горячей магмы.
Фото: phys.org
24.12.2021
Елена Краснова
Нет комментариев