A naprendszerben legközelebb esik a világítótesthez és a legkisebb bolygóhoz, még mindig rejtély. Mint a Föld és a négy gáz óriás - Jupiter, Szaturnusz, Uránusz és Neptun -, a Merkúrnak megvan a maga magnetoszférája. A MESSENGER állomás (MErcury Surface, Space Environment, GEochemics) vizsgálata után ennek a mágneses rétegnek a természete világossá vált. A misszió fő eredményei már szerepelnek a monográfiákban és a tankönyvekben. Hogyan sikerült egy kis bolygó megőrizni a magnetoszférát.
Ahhoz, hogy egy égi testnek megvan a maga magnetoszférája, szükség van a mágneses mező forrására. A legtöbb tudós szerint a dinamóhatás itt vált ki. A Föld esetében ez így néz ki. A bolygó bélén egy fémmag van, szilárd közepén és folyékony héjban. A radioaktív elemek bomlása miatt hő szabadul fel, ami vezetőképes folyadék konvektív áramlásának kialakulásához vezet. Ezek az áramok generálják a bolygó mágneses mezőjét.
A mező kölcsönhatásba lép a csillagból felvett töltött részecskékkel. Ez a kozmikus plazma magában foglalja a saját mágneses mezőjét. Ha a bolygó mágneses tere elviseli a napsugárzás nyomását, vagyis jelentős eltérést mutat a felülettől, akkor azt mondják, hogy a bolygónak megvan a maga magnetoszférája. A Merkúr, a Föld és a négy gáz óriás mellett a Jupiter legnagyobb műholdas Ganymede-nek is van magnetoszférája.
A Naprendszer többi bolygóján és holdján a csillagszél gyakorlatilag nincs ellenállásban. Ez történik például a Vénuszon és valószínűleg a Marson. A Föld mágneses mezőjének természetét továbbra is a geofizika legfontosabb rejtélyének tekintik. Albert Einstein ezt a tudomány öt legfontosabb feladatának tartotta.
Ennek oka az a tény, hogy bár a geodinamikai elmélet gyakorlatilag nem vitatott, nagy nehézségeket okoz. A klasszikus mágneses hidrodinamika szerint a dinamikus hatásnak bomlani kell, a bolygó magjának pedig lehűlnie és megkeményedni kell. Még nincs pontos megértés azokról a mechanizmusokról, amelyek miatt a Föld fenntartja a dinamikus öngenerációs hatást, a mágneses mező megfigyelt jellemzőivel együtt, elsősorban a geomágneses rendellenességeket, a migrációt és a pólusinverziót.
A mennyiségi leírás nehézsége valószínűleg a probléma lényegében nemlineáris jellegéből adódik. A Merkúr esetében a dinamóprobléma még súlyosabb, mint a Föld esetében. Hogyan tartotta meg egy ilyen kis bolygó a saját magnetoszféráját? Ez azt jelenti, hogy magja továbbra is folyékony állapotban van és elegendő hőt termel? Vagy vannak-e olyan speciális mechanizmusok, amelyek lehetővé teszik az égi test számára, hogy megvédje magát a napszéltől?
A higany körülbelül húszszor könnyebb és kisebb, mint a Föld. Az átlagos sűrűség összehasonlítható a Föld sűrűségével. Az év 88 napig tart, de az égitest nem az árapály-menedzsmentben van a Napkal, hanem körülbelül 59 napos időtartammal a saját tengelye körül forog. A higanyt a Naprendszer többi bolygójától megkülönbözteti egy viszonylag nagy fémmag - ez egy égitest sugárának mintegy 80% -át adja. Összehasonlításképpen: a Föld magja csak a sugár felének felel meg.
A Mercury mágneses mezőjét 1974-ben fedezte fel az amerikai Mariner 10 állomás, amely nagy energiájú részecskék robbantását rögzítette. A Naphoz legközelebbi égitest testszázszor gyengébb, mint a földi, teljesen beleférne a Föld méretű gömbbe, és hasonlóan bolygónkhoz egy dipólus alkotja, vagyis két, és nem négy, mint a gáz óriások, mágneses pólusok.
Promóciós videó:
Fotó: Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriuma / Washington Carnegie Intézet / NASA
A Mercury magnetoszféra természetének magyarázatára vonatkozó első elméleteket az 1970-es években javasolták. Legtöbbjük a dinamóhatáson alapszik. Ezeket a modelleket 2011 és 2015 között hitelesítették, amikor a MESSENGER állomás megvizsgálta a bolygót. A készüléktől kapott adatok felfedték a Merkúr magnetoszférájának szokatlan geometriáját. Különösen a bolygó közelében a mágneses újracsatlakozás - a mágneses mező belső és külső erővonalának kölcsönös átrendeződése - körülbelül tízszer gyakrabban fordul elő.
Ez számos üreg kialakulásához vezet a Merkúr magnetoszférájában, lehetővé téve, hogy a napszél szinte akadály nélkül elérje a bolygó felszínét. Ezenkívül a MESSENGER remanenciát fedezett fel egy égitest kéregében. Ezen adatok felhasználásával a tudósok a Merkúr mágneses mezőjének alsó korlátját 3,7-3,9 milliárd évre becsülik. Ez, amint a tudósok megjegyezték, megerősíti a dinamóhatás érvényességét a bolygó globális mágneses mezőjének kialakulására, valamint egy folyékony külső mag jelenlétét benne.
Időközben a higany szerkezetének kérdése nyitott marad. Lehetséges, hogy a mag külső rétege fémpehelyeket - vashó - tartalmaz. Ez a hipotézis nagyon népszerű, mivel a Merkúr saját magnetoszférájának ugyanazon dinamóhatással magyarázatával alacsony hőmérsékleteket és kvázi-szilárd (vagy kvázi-folyékony) magot tesz lehetővé a bolygó belsejében.
Fotó: Washington Carnegie Intézete / JHUAPL / NASA
Ismert, hogy a szárazföldi bolygók magjait főleg vas és kén képezi. A kén zárványokról is ismert, hogy csökkentik a mag anyag olvadáspontját, és folyékonyvá teszik. Ez azt jelenti, hogy kevesebb hőre van szükség a dinamóhatás fenntartásához, amelyet a Mercury már túl kevés termel. Szinte tíz évvel ezelőtt a geofizikusok, kísérleteket hajtva végre, bebizonyították, hogy nagynyomású körülmények között a vas hó eshet a bolygó közepe felé, és a vas és a kén folyékony keveréke felfelé emelkedhet a belső magból. Ez dinamóhatást hozhat létre a Merkúr belekében.
A MESSENGER-adatok megerősítették ezeket a megállapításokat. Az állomáson felszerelt spektrométer rendkívül alacsony vas- és más nehéz elemek mennyiségét mutatta a bolygó vulkáni kőzeteiben. A higanyköpeny vékony rétegében szinte nincs vas, és főleg szilikátok képezik. A szilárd központ a mag sugarainak mintegy felét (kb. 900 kilométert) teszi ki, a fennmaradó részt az olvadt réteg foglalja el. Közöttük valószínűleg egy olyan réteg, amelyben a fémpehely fentről lefelé mozog. A mag sűrűsége körülbelül kétszerese a köpenyének, és becslések szerint hét tonna / köbméter. A kén, a tudósok szerint, a mag tömegének körülbelül 4,5 százalékát teszi ki.
A MESSENGER számos redőt, hajlítást és hibát fedezett fel a higany felületén, ami egyértelmű következtetést von le a bolygó tektonikus aktivitásáról a közelmúltban. A tudósok szerint a külső kéreg szerkezete és a tektonika összefüggenek a bolygó bélében zajló folyamatokkal. A MESSENGER megmutatta, hogy a bolygó mágneses tere erősebb az északi féltekén, mint a déli. A készülék által összeállított gravitációs térkép alapján az egyenlítő közelében lévő kéreg vastagsága átlagosan 50 kilométerrel magasabb, mint a pólusnál. Ez azt jelenti, hogy a bolygó északi szélességén a szilikátköpeny erősebben melegszik, mint az Egyenlítői részén. Ezek az adatok kiválóan illenek a viszonylag fiatal csapdák felfedezéséhez az északi szélességi területeken. Jóllehet a higanyra gyakorolt vulkáni tevékenység kb. 3,5 milliárd évvel ezelőtt megszűnt, a bolygó köpenyének termikus diffúziójának jelenlegi képe nagyrésztvalószínűleg a múlt határozza meg.
Különösen a konvektív áramlások továbbra is létezhetnek a bolygó magját szomszédos rétegekben. Akkor a köpeny hőmérséklete a bolygó északi pólusa alatt 100-200 Celsius fokkal magasabb lesz, mint a bolygó egyenlítői régiói alatt. Ezenkívül a MESSENGER felfedezte, hogy az északi kéreg egyik szakaszának maradék mágneses tere a bolygó globális mágneses mezőjéhez képest ellentétes irányba mutat. Ez azt jelenti, hogy a múltban legalább egyszer inverzió történt a Merkúron - a mágneses mező polaritásának megváltozása.
Csak két állomás vizsgálta meg a Merkúrot részletesen - a Mariner 10 és a MESSENGER. És ez a bolygó, elsősorban saját mágneses tere miatt, nagy érdeklődést mutat a tudomány iránt. A magnetoszféra természetének magyarázatával szinte biztosan megtehetjük ezt a Föld számára. 2018-ban Japán és az EU harmadik küldetést tervez a Merkúr felé. Két állomás repül. Először az MPO (Mercury Planet Orbiter) összeállítja egy égholttest felületének több hullámhosszúságú térképét. A második, az MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) a magnetoszféra felfedezésére irányul. A küldetés első eredményeinek várakozása sokáig tart - még ha a start 2018-ban is megtörténik, az állomás rendeltetési helyét csak 2025-ben érik el.
Jurij Sukhov