Arčiausiai saulės spinduliuotės esanti ir mažiausia planeta Saulės sistemoje vis dar yra paslaptis. Kaip ir Žemė ir keturi dujų milžinai - Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas, Merkurijus turi savo magnetosferą. Ištyrus MESSENGER stotį (MErcury paviršius, kosminė aplinka, GEochemija), šio magnetinio sluoksnio pobūdis pradėjo aiškėti. Pagrindiniai misijos rezultatai jau įtraukti į monografijas ir vadovėlius. Kaip maža planeta sugebėjo išsaugoti magnetosferą.
Norint, kad dangaus kūnas turėtų savo magnetosferą, reikalingas magnetinio lauko šaltinis. Pasak daugumos mokslininkų, čia suveikia dinamo efektas. Žemės atveju tai atrodo taip. Planetos dubenyse yra metalinė šerdis su tvirtu centru ir skystu apvalkalu. Dėl radioaktyviųjų elementų skilimo išsiskiria šiluma, dėl kurios susidaro laidžiojo skysčio konvekciniai srautai. Šios srovės sukuria planetos magnetinį lauką.
- „Salik.biz“
Laukas sąveikauja su saulės vėju - iš žvaigždės įkrautų dalelių srautai. Ši kosminė plazma turi savo magnetinį lauką. Jei planetos magnetinis laukas atlaiko saulės radiacijos slėgį, tai yra, nukreipia jį dideliu atstumu nuo paviršiaus, tada jie sako, kad planeta turi savo magnetosferą. Be Merkurijaus, Žemės ir keturių dujų milžinų, Ganymede, didžiausiame Jupiterio palydove, taip pat yra magnetosfera.
Likusiose Saulės sistemos planetose ir mėnuliuose žvaigždžių vėjas praktiškai neturi jokio pasipriešinimo. Tai atsitinka, pavyzdžiui, ant Veneros ir, greičiausiai, Marso. Žemės magnetinio lauko prigimtis vis dar laikoma pagrindine geofizikos paslaptimi. Albertas Einšteinas tai laikė viena iš penkių svarbiausių mokslo užduočių.
Taip yra dėl to, kad nors geodinamo teorija praktiškai neginčijama, ji sukelia didelių sunkumų. Remiantis klasikine magnetohidrodinamika, dinamo efektas turėtų sugesti, o planetos šerdis turėtų atvėsti ir sukietėti. Vis dar nėra tikslaus supratimo apie mechanizmus, dėl kurių Žemė palaiko dinamo savaiminio generavimo poveikį kartu su stebimais magnetinio lauko ypatumais, visų pirma geomagnetinėmis anomalijomis, migracija ir polių pasukimu.
Kiekybinio aprašymo sunkumas greičiausiai kyla dėl iš esmės netiesinio problemos pobūdžio. Merkurijaus atveju dinamo problema yra dar aktualesnė nei Žemės. Kaip tokia maža planeta išlaikė savo magnetosferą? Ar tai reiškia, kad jo šerdis vis dar yra skysta ir generuoja pakankamai šilumos? Ar yra kokių nors specialių mechanizmų, leidžiančių dangaus kūnui apsisaugoti nuo saulės vėjo?
Gyvsidabris yra maždaug 20 kartų lengvesnis ir mažesnis už Žemę. Vidutinis tankis yra panašus į žemės tankį. Metai trunka 88 dienas, tačiau dangaus kūnas nėra sugaunamas kartu su Saule, o sukasi apie savo ašį maždaug 59 dienų laikotarpiu. Gyvsidabris iš kitų Saulės sistemos planetų išsiskiria palyginti didele metaline šerdimi - jis sudaro apie 80 procentų dangaus kūno spindulio. Palyginimui, Žemės šerdis užima tik apie pusę savo spindulio.
Magnetinį gyvsidabrio lauką 1974 m. Atrado amerikiečių stotis „Mariner 10“, kuri užfiksavo didelės energijos dalelių plyšius. Arčiausiai Saulės esančio dangaus kūno magnetinis laukas yra maždaug šimtą kartų silpnesnis už žemiškąjį, jis visiškai tilptų į Žemės dydžio sferą ir, kaip ir mūsų planeta, yra suformuotas dipolio, tai yra, jis turi du, o ne keturis, kaip dujų milžinai, magnetinius polius.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Nuotrauka: Johns Hopkins universiteto taikomosios fizikos laboratorija / Vašingtono Carnegie institutas / NASA
Pirmosios teorijos, paaiškinančios gyvsidabrio magnetosferos prigimtį, buvo pasiūlytos aštuntajame dešimtmetyje. Daugelis jų pagrįsti dinamo efektu. Šie modeliai buvo patikrinti nuo 2011 iki 2015 m., Kai MESSENGER stotis tyrė planetą. Iš prietaiso gauti duomenys atskleidė neįprastą Merkurijaus magnetosferos geometriją. Visų pirma, arti planetos, maždaug dešimt kartų dažniau įvyksta magnetinis ryšys - abipusis magnetinio lauko jėgos vidinių ir išorinių jėgų linijų pertvarkymas.
Dėl to Merkurijaus magnetosferoje susidaro daugybė tuštumų, leidžiančių Saulės vėjui beveik netrukdomai pasiekti planetos paviršių. Be to, MESSENGER atrado dangaus kūno plutą remanenciją. Remdamiesi šiais duomenimis, mokslininkai nustatė, kad vidutinis gyvsidabrio magnetinio lauko amžius yra 3,7–3,9 milijardo metų. Tai, kaip pažymėjo mokslininkai, patvirtina dinamo efekto pagrįstumą formuojant planetos globalų magnetinį lauką, taip pat skysto išorinio šerdies buvimą jame.
Tuo tarpu gyvsidabrio struktūros klausimas lieka atviras. Gali būti, kad išoriniame jo šerdies sluoksnyje yra metalinių dribsnių - geležies sniego. Ši hipotezė yra labai populiari, nes, paaiškindamas paties Merkurijaus magnetosferą tuo pačiu dinamo efektu, jis leidžia žemoje temperatūroje ir beveik kietą (arba kvazidiskidžiu) šerdį planetos viduje.
Nuotrauka: Vašingtono Carnegie institucija / JHUAPL / NASA
Yra žinoma, kad sausumos planetų branduoliai daugiausia susidaro iš geležies ir sieros. Taip pat žinoma, kad sieros inkliuzai sumažina šerdies medžiagų lydymosi tašką, todėl ji tampa skysta. Tai reiškia, kad norint išlaikyti dinamo efektą reikia mažiau šilumos, kurio Merkurijus jau sukuria per mažai. Beveik prieš dešimt metų geofizikai, atlikę daugybę eksperimentų, parodė, kad esant aukštam slėgiui geležies sniegas gali nukristi link planetos centro, o link jo, iš vidinės šerdies, gali kilti skystas geležies ir sieros mišinys. Tai gali sukurti dinamo efektą gyvsidabrio žarnyne.
MESSENGER duomenys patvirtino šias išvadas. Stotyje įrengtas spektrometras parodė ypač mažą geležies ir kitų sunkiųjų elementų kiekį planetos vulkaninėse uolienose. Ploname Merkurijaus apvalkalo sluoksnyje beveik nėra geležies, o jį daugiausia sudaro silikatai. Kietasis centras sudaro apie pusę (apie 900 kilometrų) šerdies spindulio, likusią dalį užima išlydytas sluoksnis. Tarp jų greičiausiai yra sluoksnis, kuriame metaliniai dribsniai juda iš viršaus į apačią. Šerdies tankis yra maždaug dvigubai didesnis už mantijos ir yra maždaug septynios tonos kubiniame metre. Sieros, mokslininkų įsitikinimu, sudaro apie 4,5 procento branduolio masės.
MESSENGER aptiko daugybę raukšlių, lenkimų ir trūkumų gyvsidabrio paviršiuje, kas leidžia padaryti vienareikšmišką išvadą apie tektoninį planetos aktyvumą netolimoje praeityje. Išorinės plutos struktūra ir tektonika, mokslininkų teigimu, yra siejama su procesais, vykstančiais planetos žarnyne. MESSENGER parodė, kad planetos magnetinis laukas yra stipresnis šiauriniame pusrutulyje nei pietiniame. Remiantis aparato sudarytu gravitacijos žemėlapiu, plutos storis šalia pusiaujo yra vidutiniškai 50 kilometrų didesnis nei ties poliu. Tai reiškia, kad silikato mantija šiaurinėse planetos platumose įkaista labiau nei pusiaujo dalyje. Šie duomenys puikiai suderinti su šiaurės platumose aptiktais palyginti jaunais spąstais. Nors vulkaninis gyvsidabrio aktyvumas nutrūko maždaug prieš 3,5 milijardo metų, dabartinė planetos apvalkalo šiluminės difuzijos nuotrauka daugiausia yragreičiausiai nulemta jos praeities.
Visų pirma, konvekciniai srautai vis dar gali egzistuoti sluoksniuose, esančiuose greta planetos šerdies. Tuomet mantijos temperatūra po šiauriniu planetos poliu bus 100–200 laipsnių Celsijaus aukštesnė nei po pusiaujo planetos regionais. Be to, MESSENGER atrado, kad vienos iš šiaurinės plutos sekcijų likutinis magnetinis laukas yra nukreiptas priešinga kryptimi, palyginti su pasauliniu planetos magnetiniu lauku. Tai reiškia, kad praeityje gyvsidabrį bent kartą apėmė inversija - pasikeitė magnetinio lauko poliškumas.
Tik dvi stotys išsamiai ištyrė gyvsidabrį - „Mariner 10“ir „MESSENGER“. Ir ši planeta, visų pirma dėl savo magnetinio lauko, labai domina mokslą. Aiškindami jos magnetosferos prigimtį, mes beveik neabejotinai galime tai padaryti ir Žemės labui. 2018 m. Japonija ir ES planuoja nusiųsti trečiąją misiją „Mercury“. Skris dvi stotys. Pirmiausia MPO („Mercury Planet Orbiter“) sudarys dangaus kūno paviršiaus kelių bangų ilgio žemėlapį. Antrasis - MMO (gyvsidabrio magnetosferos orbitas) - tyrinės magnetosferą. Reikia ilgai laukti pirmųjų misijos rezultatų - net jei startas įvyks 2018 m., Stoties paskirties vieta bus pasiekta tik 2025 m.
Jurijus Sukhovas