Mercur: Cheia terestre Planet Evolution

Original: http://messenger.jhuapl.edu/why_mercury/index.html

Mercur, Venus, Pământ, și Marte sunt planete terestre (stâncoasă). Dintre acestea, Mercur este o extremă: cel mai mic, cea mai densă (după corectarea pentru auto-comprimare), cea mai veche cu suprafața, cel cu cele mai mari variații zilnice ale temperaturii de suprafață, și cel mai puțin explorat. Intelegerea acest “membru scop” printre planete terestre este crucială pentru dezvoltarea unei mai bune înțelegeri a modului în care planetele din sistemul nostru solar format și a evoluat. Pentru a dezvolta această înțelegere, misiunea Messenger, nave spațiale și instrumentele științifice sunt axate pe răspunde șase întrebări-cheie deosebite, care ne va permite să înțelegem Mercur ca o planeta. Pentru informații suplimentare, detaliate despre conducere întrebările științifice ale misiunii Messenger, verifica unele din articolele înscrise pe lista de publicare MESSENGER.

Întrebarea 1: De ce este atât de densă Mercur?

Densitatea lui Mercur presupune ca un miez de metal-bogat ocupă cel puțin 60% din masa planetei, o cifră de două ori mai mare ca pentru Pământ! MESSENGER va dobândi informații privind compoziția și mineralogică a distinge între teoriile actuale de ce Mercur este atât de dens.

Descrierea acestui artist a nebuloasei solare devreme prezinta momentul în care planetele terestre au fost de formare. Procese cum ar fi trageți gaz nebular, vaporizare în nebuloasa fierbinte devreme, și coliziuni gigantice impact au fost toate propuse ca posibile procese care au afectat în mod semnificativ compoziția vrac de Mercur. (Drepturi de autor tablou de William K. Hartmann)

Fiecare dintre planetele terestre constă dintr-un miez de fier bogat dens înconjurat de o manta stancoasa, compusă în mare parte din silicați de magneziu și de fier. Cel mai de sus strat de rocă, crusta, format din minerale cu puncte de topire mai mici decât cele din manta de bază, fie în timpul diferențiere devreme în istoria planetei sau de activitatea vulcanică sau magmatic mai târziu. Densitatea de fiecare planeta oferă informații despre dimensiunile relative ale miezului de fier-bogat și mantaua și crusta stancoasa, deoarece nucleul metalic este mult mai dens decât componentele stâncoase. Densitate necomprimat Mercur (ce densitatea acestuia ar fi fără compactare a interiorului prin propria gravitație a planetei) este de aproximativ 5,3 grame pe centimetru cub, de departe cea mai mare dintre toate planetele terestre. De fapt, densitatea lui Mercur presupune ca cel puțin 60% din planeta este un miez bogat din metal, o cifră de două ori mai mare ca pentru Pamant, Venus, Marte sau! Pentru reprezintă aproximativ 60% din masa planetei, raza de bază Mercur trebuie să fie aproximativ 75% din raza întregii planete!

Există trei teorii majore pentru a explica de ce Mercur este atât de mult mai dens și mai bogate în metal decât Pământul, Venus, Marte și. Fiecare teorie prezice o compoziție diferită de rocile de pe suprafata lui Mercur. Potrivit o idee, înainte de Mercury format, trageți de gaz solar nebular aproape de Soare mecanic silicat și metalice cereale sortate, cu particulele de silicat mai ușoare încetinit preferențial și a pierdut la Soare; Mercur mai târziu format din material în această regiune și, prin urmare, este îmbogățit în metal. Acest proces nu prezice orice schimbare în componența mineralelor de silicat care alcătuiesc partea stancoasa a planetei, doar cantitățile relative din metal si rock. Într-un alt teorie, căldură extraordinară în nebuloasa timpurie vaporizat parte a stratului de rocă exterior al proto-Mercur pe planeta puternic sărăcit în elemente volatile. Această idee prezice o compoziție stâncă buna ușor evaporat elemente cum ar fi sodiu și potasiu. Cea de a treia Ideea este că un impact uriaș, după ce proto-Mercur-au format și diferențiată, dezbrăcat crusta primordial și mantaua superioară. Această idee prezice că suprafața actuală este făcută din roci foarte sărăcit în acele elemente care ar fi fost concentrate în crusta, cum ar fi aluminiu și calciu.

MESSENGER va determina care dintre aceste idei este corectă prin măsurarea compoziției suprafeței stâncos. X-ray, raze gamma, neutroni și spectrometre va măsura elementele prezente în roci de suprafață și de a determina dacă elementele volatile sunt epuizate sau dacă elemente care tind să fie concentrate în cruste planetare sunt deficitare. Un spectrograf vizibil infraroșu va determina care sunt prezente minerale și va permite realizarea de hărți mineralogice ale suprafeței. Analiza de greutate și topografie masuratori va oferi estimări ale grosimea crustei lui Mercur. Pentru a face aceste provocatoare, masuratori de compoziția suprafeței și crustale caracteristicile lui Mercur, aceste instrumente vor trebui să acumuleze mai multe observații ale suprafeței. Trei zboruri spre Mercur Messenger oferit oportunități de a face observații preliminare, dar numeroase masuratori la o orbită în jurul Mercur sunt necesare pentru a determina cu exactitate compoziția suprafeței. Odată ajuns în orbită, aceste măsurători vor permite MESSENGER pentru a distinge între diferite origini propuse pentru densitate mare Mercury și, prin aceasta, obtine o perspectiva asupra modului în care planeta format și a evoluat.

Întrebarea 2: Care este istoria geologică a Mercury?

Înainte de misiunea MESSENGER, doar 45% din suprafața lui Mercur a fost fotografiata de o nava spatiala! Folosind suita sa completă de instrumente, MESSENGER va investiga istoria geologică a Mercur in detaliu, inclusiv porțiunile de pe planeta nu văzute de Mariner 10.

Înainte de MESSENGER, doar 45% din suprafața lui Mercur a fost văzut de către nave spațiale în timpul misiunii Mariner 10. Combinând Mariner 10 fotografii cu imagini de la trei zboruri spre Mercur Messenger, aproximativ 98% din suprafața lui Mercur a fost văzut în detaliu. Este posibil pentru prima dată pentru a începe să investigheze istoria geologica lui Mercur la nivel global.

O mare parte din suprafata lui Mercur apare plină de cratere și vechi, cu o asemănare pe suprafața Lunii Pământului. Puțin mai tineri, mai puțin câmpii cratere stau în interiorul și între cele mai mari cratere vechi. Multe dintre aceste câmpii sunt vulcanică, în funcție de vârstă în raport de a apropiere caracteristici mari de impact și a altor indicatori de activitate vulcanică. Datele de la zboruri spre MESSENGER indica faptul ca vulcanismul pe Mercur a persistat timp de cel puțin în prima jumătate a istoriei planetei, iar stilul de vulcanismului inclus atat erupții efuzive și explozive.

O parte din abruptului lung, lobat numit Beagle Rupes (partea dreapta a acestei imagini) deformează un crater de impact văzut în dreapta sus. Această imagine a fost luată în timpul primei flyby MESSENGER de Mercur, și lățimea imaginii este de aproximativ 110 km.

Istoria tectonic lui Mercur este, spre deosebire de cea a oricărei alte planete terestre. Pe suprafața lui Mercur, caracteristicile cele mai importante produse de forțele tectonice sunt, rotunjite, falii lungi lobate sau stânci, unele peste un kilometru în înălțime și sute de kilometri lungime. Aceste falii gigant se crede ca s-au format ca răcit Mercur și întreaga planetă contractat pe o scară globală. Intelegerea formarea acestor falii prevede astfel potențialul de a obține o perspectivă în istoria termica si structura interioara a Mercur.

Bazin Caloris este bazinul de impact mare cel mai bine conservat cunoscut pe Mercur. Complet gradul de bazinul Caloris a fost fotografiat pentru prima dată în timpul primului flyby MESSENGER de Mercur, dezvăluind bazinul este chiar mai mare decat se credea anterior (linie galbenă = Mariner 10 diametrul de 1300 km; linia albastră = diametrul Trimisul lui 1550 km).

Odată ajuns în orbită, MESSENGER va aduce o varietate de investigatii pentru a purta pe geologie Mercur în scopul de a determina secvența de procese care au modelat suprafata. Raze X, raze gama, și spectrometre vizibile infraroșu va determina machiaj elementar și mineralogică a unităților de rock care compun suprafața. Camerele de luat vederi voință Imaginea suprafata lui Mercur în culoare și la o rezoluție tipică de imagini care depaseste că de cele mai Mariner 10 imagini. Aproape toată suprafața va fi sonda in stereo pentru a determina variații topografice globale ale planetei și forme de relief; altimetrul laser va măsura topografia de suprafață are chiar mai precis în emisfera nordică. Comparând topografia cu câmp gravitațional al planetei, măsurată prin urmărirea nava MESSENGER, va permite determinări de variații locale în grosimea crustei lui Mercur. Această diversitate de date de înaltă rezoluție returnate prin servicii de curier va permite reconstrucția a istoriei geologice de Mercur.

Întrebarea 3: Care este natura câmpului magnetic lui Mercur?

Mercur are un câmp magnetic intern la nivel global, la fel ca Pamantul, dar Marte si Venus nu. Prin caracterizarea câmp magnetic lui Mercur, mesagerul va ajuta răspunde la întrebarea de ce planetele interioare diferă în istoriile lor magnetice.

Câmp magnetic lui Mercur și magnetosfera rezultat, produse de interacțiunea câmpului magnetic lui Mercur cu vântul solar, sunt unice în multe feluri. Poate unul dintre cele mai notabile observațiile despre câmpul magnetic al lui Mercur este observația simplă că planeta mică are unul. Câmp magnetic Mercur este similară în “dipol” forma de campul magnetic al Pamantului, care seamănă cu domeniul care ar fi produs dacă ar exista un magnet uriaș bar în centrul planetei. În schimb, Venus, Marte, și Luna nu prezintă semne de câmpuri magnetice dipolari intrinseci, dar Lună și Marte au dovezi pentru câmpuri magnetice locale centrate pe diferite depozite de rocă.

Diferitele componente ale rezultat magnetosfera lui Mercur din interacțiunile complexe și dinamice dintre câmpul magnetic al lui Mercur și vântul solar. Figura curtoazie de JA Slavin, NASA Goddard Space Flight Center.

Magnetosfera Pamantului este foarte dinamică și în continuă schimbare, ca raspuns la activitatea Soarelui, incluzând atât furtuni solare și modificări mai modeste în vânt solar și câmpul magnetic interplanetar. Vedem efectele acestor dinamici pe teren, deoarece acestea afectează rețelele electrice și electronice, care provoacă pene de curent și interferențe cu radio și telefon. Magnetosfera lui Mercur a fost demonstrat de Mariner 10 a experimenta dinamica similare; înțelegerea acestor variații ne va ajuta să înțelegem interacțiunea Soarelui cu magnetosfere planetare, în general.

Deși câmpul magnetic al lui Mercur este considerat a fi o versiune in miniatura a lui Pământului, Mariner 10 nu a măsura câmpul lui Mercur suficient de bine pentru a caracteriza. Există chiar incertitudine considerabilă în puterea și a sursei de câmp magnetic. Zboruri spre Mercur MESSENGER a confirmat faptul că există un câmp magnetic global pe Mercur, cel mai probabil care decurg din mișcări fluide într-o porțiune exterioară lichid de miez metalic lui Mercur, dar există o incertitudine cu privire la fracțiunea topit miezului, precum și dacă domeniul este condus de diferențele de compoziție sau termice. Cu toate acestea, diferitele idei pentru forța motrice din spatele câmp magnetic al lui Mercur prezice ușor diferite geometrii de teren, măsurători atât de atent cu nave spațiale pot distinge potential printre teoriile actuale.

Magnetometru MESSENGER va caracteriza câmpul magnetic al lui Mercur în detaliu de pe orbită peste patru ani de mercur (în fiecare an este egal cu Mercur 88 de zile terestre) pentru a determina puterea exactă și modul în care puterea variază în funcție de poziția și altitudinea. Efectele Soarelui asupra dinamicii de magnetosfera va fi măsurată prin magnetometru și de particule și plasmă spectrometrul energetic. Instrumente extrem de capabili MESSENGER și acoperire largă orbital va avansa foarte mult intelegerea noastra atât de originea câmpului magnetic lui Mercur și natura interacțiunea cu vântul solar.

Întrebarea 4: Care este structura de bază a lui Mercur?

Printr-o combinație de măsurători ale câmpului gravitațional Mercur și observațiile de altimetrul laser, MESSENGER va determina dimensiunea de bază a lui Mercur și a verifica dacă miezul exterior Mercur este topit.

Raza de miezul Mercur este de aproximativ 75% din cea a întregii planete, care este o fracțiune mai mare a planetei decât pentru Pământ. Ca Pamantul, Mercur are un miez care este de cel puțin parțial lichid. Cu toate acestea, spre deosebire de Pământ, dimensiunea miezului interior solid este necunoscută. Figura de curtoazie NASA și APL.

As discussed for Questions 1 and 3, Mercury has a very large iron-rich core and a global magnetic field; this information was first gathered by the Mariner 10 flybys. More recently, Earth-based radar observations of Mercury have also determined that at least a portion of the large metal core is still liquid. Having at least a partially molten core means that a very small but detectable variation in the spin rate of Mercury has a larger amplitude because of decoupling between the solid mantle and the liquid core. Knowing that the core has not completely solidified, even as Mercury has cooled over billions of years since its formation, places important constraints on the planet’s thermal history, evolution, and core composition.

However, these constraints are limited because of the low precision of current information on Mercury’s gravity field from the Mariner 10 and MESSENGER flybys. Fundamental questions about Mercury’s core remain to be explored, such as its composition. A core of pure iron would be completely solid today, due to the high melting point of iron. However, if other elements, such as sulfur, are also present in Mercury’s core, even at a level of only a few percent, the melting point is lowered considerably, allowing Mercury’s core to remain at least partially molten as the planet cooled. Constraining the composition of the core is intimately tied to understanding what fraction of the core is liquid and what fraction has solidified. Is there just a very thin layer of liquid over a mostly solid core or is the core completely molten? Addressing questions such as these can also provide insight into the current thermal state of Mercury’s interior, which is very valuable information for determining the evolution of the planet.

Using the laser altimeter in orbit, MESSENGER will verify the presence of a liquid outer core by measuring Mercury’s libration. Libration is the slow, 88-day wobble of the planet about its rotational axis. The libration of the rocky outer part of the planet will be twice as large if it is floating on a liquid outer core than if it is frozen to a solid core. By radio tracking of the spacecraft in orbit, MESSENGER will also determine the gravity field with much better precision than can be accomplished during flybys. The libration experiment, when combined with improved measurements of the gravity field, will provide information on the size and structure of the core.

Întrebarea 5: Care sunt materialele neobișnuite de la polii lui Mercur?

La poli lui Mercur, unele interioare crater au zone care conțin material foarte reflectorizant la lungimi de undă radar umbrit definitiv. Ar putea acest material să fie de gheață, chiar dacă Mercur este cea mai apropiata planeta de Soare? MESSENGER va afla.

Axa lui Mercur de rotație este orientată aproape perpendicular pe orbita planetei, astfel încât în ​​regiunile polare lumina soarelui să lovească suprafața la un unghi razant aproape constantă. Unele dintre interioarele de cratere mari de la poli sunt astfel umbrite permanent și mereu foarte rece. Imagini radar pe bază de pământuri ale regiunilor polare arată că etajele de cratere mari sunt extrem de reflectorizant la lungimi de undă radar, spre deosebire de terenul din jur. În plus, regiunile radar luminoase sunt conforme în proprietățile lor radar cu capacul polar de pe Marte sau lunile de gheață ale lui Jupiter, ceea ce sugerează că materialul concentrate în craterele umbrite este apă înghețată. Ideea de apă înghețată fi stabil pe suprafața planetei cea mai apropiată de Soare este intrigant.

O imagine radar a regiunii polare de nord a Mercur prezinta regiunile radar luminoase concentrate în etaje circulare de cratere, cu interioare umbrite permanent. Materialulradar luminos ar putea fi apă înghețată, dar de asemenea, au fost propuse sugestii alternative. Imaginea este de 450 km. Pentru imagine, multumim JK Harmon, Observatorul Arecibo.

Temperatura din interiorul acestor cratere umbrite permanent este considerat a fi suficient de scăzut pentru a permite apa inghetata sa fie stabil pentru majoritatea depozitelor observate. Gheață de la comete infalling și meteoriți ar putea fi rece prins în depozite polare Mercur asupra a milioane de miliarde de ani, sau de vapori de apă s-ar putea outgas din interiorul planetei și să înghețe la poli. Câteva cratere la latitudini mici de 72 ° N s-au observat, de asemenea să conțină material radar luminoase în interiorul lor, și la aceste latitudini mai calde menținerea gheață apă stabil pentru perioade mai lungi de timp poate fi mai dificil; un impact Comet recent, în ultimii milioane de ani, ar putea fi necesare pentru a satisface toate observațiile radar. Alternativ, s-a sugerat că depozitele-radar luminoase nu sunt gheata apa, ci dintr-un material diferit, cum ar fi sulful. Sulf ar fi stabil în capcanele reci ale interioarelor crater umbrite permanent, și sursa de sulf ar putea să fie fi infalling materiale meteoritic sau suprafața lui Mercur în sine. Acesta a fost, de asemenea, propus ca silicații apar in mod natural care alcătuiesc suprafața lui Mercur ar putea produce reflecții radar observate atunci când a menținut la temperaturi extrem de scăzute prezente în craterele umbrite permanent.

MESSENGER trei zboruri spre Mercur a trecut aproape peste ecuator și nu a permis pentru vizualizarea de poli ale planetei. Odată ajuns în orbita lui Mercur, cu toate acestea, neutroni spectrometru MESSENGER va căuta hidrogen în depozite polare, detectarea, care ar sugera faptul că depozitele polare sunt bogate în apă. Spectrometrul ultraviolete și de particule si plasma spectrometru energetic va căuta semnăturile hidroxid sau sulf în slabă vaporii peste depozitele. Altimetrul laser va furniza informații cu privire la topografia craterele umbrite permanent. Înțelegerea componența depozitelor polare Mercury va clarifica inventarul și disponibilitatea de materiale volatile din Sistemul Solar interior.

Întrebarea 6: Ce volatile sunt importante la Mercury?

MESSENGER va măsura compoziția exosferei subțire lui Mercur, oferind perspective în procesele de care sunt responsabile pentru existența sa.

Mercurul este înconjurat de un înveliș extrem de subțire de gaz. Este atât de subțire încât, spre deosebire de atmosfere de Venus, Pământ, Marte și, moleculele din jur Mercur nu se ciocnesc unul cu altul și, în loc sări din loc în loc pe suprafața ca multe bile de cauciuc. Această atmosferă slabă se numește o “exosferei.”

În timpul primei flyby MESSENGER de Mercur, distribuția neutru de sodiu în coada” de exosferei Mercur a fost măsurat.

Șapte elemente sunt cunoscute că există în exosferei Mercur: hidrogen, heliu, oxigen, sodiu, potasiu, calciu, și, așa cum a descoperit MESSENGER, magneziu. Exosferei observată nu este stabil pe perioade de timp comparabile cu vârsta de Mercur, și așa trebuie să existe surse pentru fiecare dintre aceste elemente. Abundența ridicate de hidrogen și heliu sunt prezente în vânt solar, curentul de gaz fierbinte, ionizat emise de Soare Celelalte elemente sunt susceptibile de materiale impact asupra Mercur, cum ar fi micrometeoroids sau comete, sau direct de la roci de suprafață Mercur. Mai multe procese diferite pot fi puse aceste elemente în exosferei, și fiecare proces produce un amestec diferit de elemente: vaporizare de roci de impact, evaporarea elemente din roci de suprafață din lumina soarelui, pulverizare de vânt solar sau ioni magnetosfera, sau difuzie de la interior planetei. Variabilitate puternică în componența exosferei Mercur a fost observat, sugerând o interacțiune a mai multor dintre aceste procese.

MESSENGER vor determina compoziția exosferei Mercur folosind spectrometru de ultraviolete și de particule și plasmă spectrometru energetic. Compoziția exosferei măsurată prin aceste instrumente vor fi comparate cu compoziția rocilor de suprafață măsurate de spectrometre cu raze X, raze gamma, neutroni și. Ca MESSENGER orbiteaza Mercur, variații în compoziția exosferei va fi monitorizată. Combinația dintre aceste măsurători vor elucida natura exosferei lui Mercur și a proceselor care contribuie la aceasta.

Comments are closed.