Темная поверхность Меркурия долгое время оставалась загадкой для ученых. В среднем Меркурий намного темнее, чем его ближайший безвоздушный сосед, наша Луна. Известно, что безвоздушные тела затемняются ударами микрометеоритов и бомбардировкой солнечным ветром — процессами, которые создают тонкий слой наночастиц темного железа на поверхности. Но спектральные данные Меркурия предполагают, что его поверхность содержит очень мало нанофазного железа, чего явно недостаточно, чтобы объяснить его тусклый вид.
«Давно выдвигалась гипотеза, что существует загадочный затемняющий агент, который способствует низкой отражательной способности Меркурия», — сказала Меган Брук Сьял, научный сотрудник Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, которая проводила это исследование, будучи аспирантом Университета Брауна. «Одна вещь, которая не была учтена, заключалась в том, что на Меркурий сбрасывает большое количество материала, полученного из комет».Когда кометы приближаются к окрестностям Меркурия около Солнца, они часто начинают распадаться. Кометная пыль состоит из 25 процентов углерода по массе, поэтому Меркурий будет подвергаться постоянной бомбардировке углеродом этих рассыпающихся комет. Используя модель воздействия и известную оценку потока микрометеоритов на Меркурии, Брук Сиал смог оценить, как часто кометный материал будет воздействовать на Меркурий, сколько углерода будет прилипать к поверхности Меркурия и сколько будет выброшено обратно в космос.
Ее расчеты показывают, что после миллиардов лет бомбардировки поверхность Меркурия должна содержать от 3 до 6 процентов углерода.Следующей частью работы было выяснить, сколько потемнения можно ожидать от всего этого воздействия углерода. Для этого исследователи обратились к NASA Ames Vertical Gun Range. 14-футовая пушка имитирует столкновения с небесами, стреляя снарядами со скоростью до 16 000 миль в час.
Для этого исследования команда запускала снаряды в присутствии сахара, сложного органического соединения, имитирующего органические вещества в материале кометы. Теплота удара сжигает сахар, высвобождая углерод. Снаряды были выпущены в материал, имитирующий лунный базальт, камень, который составляет темные пятна на ближней стороне Луны. «Мы использовали модель лунного базальта, потому что мы хотели начать с чего-то уже темного и посмотреть, сможем ли мы затемнить это еще больше», — сказал Питер Шульц, почетный профессор геологических наук в Брауне и соавтор нового исследования.
Эксперименты показали, что крошечные частицы углерода глубоко погружаются в расплавленный ударным воздействием материал. Этот процесс уменьшил количество света, отраженного материалом мишени, до менее 5 процентов — примерно столько же, сколько самые темные части Меркурия.Важно отметить, что спектроскопический анализ ударных образцов не выявил характерных спектральных отпечатков пальцев, опять же похожих на плоские спектральные сигнатуры Меркурия. «Мы показываем, что углерод действует как скрытый затемняющий агент», — сказал Шульц. «С точки зрения спектрального анализа это похоже на невидимую краску».И эта краска накапливалась на поверхности Меркурия миллиарды лет.
«Мы думаем, что этот сценарий необходимо рассмотреть», — сказал Шульц. «Похоже, что Меркурий вполне может быть нарисованной планетой».