Vistuvāk saules gaismai un mazākajai planētai Saules sistēmā joprojām ir noslēpums. Līdzīgi kā Zeme un četri gāzes giganti - Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns, arī Merkurijam ir sava magnetosfēra. Pēc MESSENGER stacijas (MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry) izpētes, šī magnētiskā slāņa raksturs sāka kļūt skaidrs. Misijas galvenie rezultāti jau ir iekļauti monogrāfijās un mācību grāmatās. Kā mazai planētai izdevās saglabāt magnetosfēru.
Lai debess ķermenim būtu sava magnetosfēra, ir nepieciešams magnētiskā lauka avots. Pēc lielākās daļas zinātnieku domām, šeit tiek iedarbināts dinamo efekts. Zemes gadījumā tas izskatās šādi. Planētas zarnās ir metāla serde ar cietu centru un šķidru apvalku. Radioaktīvo elementu sabrukšanas dēļ izdalās siltums, kas noved pie vadoša šķidruma konvektīvo plūsmu veidošanās. Šīs strāvas rada planētas magnētisko lauku.
Lauks mijiedarbojas ar saules vēju - lādētu daļiņu straumēm no zvaigznes. Šī kosmiskā plazma nes sev līdzi savu magnētisko lauku. Ja planētas magnētiskais lauks iztur saules starojuma spiedienu, tas ir, to novirza ievērojamā attālumā no virsmas, tad viņi saka, ka planētai ir sava magnetosfēra. Papildus Merkūram, Zemei un četriem gāzes giganti, Ganimēdei, lielākajam Jupitera satelītam, ir arī magnetosfēra.
Pārējās Saules sistēmas planētās un pavadoņos zvaigžņu vējš praktiski nesaskaras. Tas notiek, piemēram, uz Venēras un, visticamāk, uz Marsa. Zemes magnētiskā lauka raksturs joprojām tiek uzskatīts par galveno ģeofizikas noslēpumu. Alberts Einšteins to uzskatīja par vienu no pieciem svarīgākajiem zinātnes uzdevumiem.
Tas ir saistīts ar faktu, ka, kaut arī ģeodinamiskā teorija praktiski nav apstrīdēta, tā rada lielas grūtības. Saskaņā ar klasisko magnetohidrodinamiku dinamo efektam vajadzētu samazināties, un planētas kodols vajadzētu atdzist un sacietēt. Joprojām nav precīzas izpratnes par mehānismiem, kuru dēļ Zeme uztur dinamo pašģenerācijas efektu kopā ar novērotajām magnētiskā lauka iezīmēm, galvenokārt ģeomagnētiskajām anomālijām, migrāciju un polu maiņu.
Kvantitatīva apraksta grūtības, visticamāk, ir saistītas ar problēmas būtībā nelineāro raksturu. Dzīvsudraba gadījumā dinamo problēma ir vēl aktuālāka nekā Zemei. Kā tik maza planēta uzturēja savu magnetosfēru? Vai tas nozīmē, ka tā kodols joprojām ir šķidrā stāvoklī un rada pietiekami daudz siltuma? Vai arī ir kādi īpaši mehānismi, kas ļauj debess ķermenim sevi pasargāt no saules vēja?
Dzīvsudrabs ir apmēram 20 reizes vieglāks un mazāks nekā Zeme. Vidējais blīvums ir salīdzināms ar zemes blīvumu. Gads ilgst 88 dienas, bet debess ķermenis nav plūdmaiņu uztveršanā ar Sauli, bet gan rotē ap savu asi ar aptuveni 59 dienu periodu. Dzīvsudrabs no citām Saules sistēmas planētām atšķiras ar salīdzinoši lielu metāla serdi - tas veido apmēram 80 procentus no debess ķermeņa rādiusa. Salīdzinājumam - Zemes kodols aizņem tikai apmēram pusi no tā rādiusa.
Merkura magnētisko lauku 1974. gadā atklāja amerikāņu stacija Mariner 10, kas reģistrēja augstas enerģijas daļiņu pārrāvumus. Debesu ķermeņa magnētiskais lauks, kas atrodas vistuvāk Saulei, ir aptuveni simts reizes vājāks nekā zemes, tas pilnībā ietilptu sfērā, kas ir Zemes izmērs, un, tāpat kā mūsu planēta, to veido dipols, tas ir, tam ir divi, nevis četri, piemēram, gāzes giganti, magnētiskie stabi.
Reklāmas video:
Foto: Džona Hopkinsa universitātes Lietišķās fizikas laboratorija / Vašingtonas Kārnegi institūcija / NASA
Pirmās teorijas, kas izskaidro Merkura magnetosfēras raksturu, tika ierosinātas 70. gados. Lielākā daļa no tām balstās uz dinamo efektu. Šie modeļi tika pārbaudīti no 2011. līdz 2015. gadam, kad MESSENGER stacija pētīja planētu. No ierīces iegūtie dati atklāja Merkura magnetosfēras neparasto ģeometriju. Jo īpaši planētas tuvumā apmēram desmit reizes biežāk notiek magnētiskā atkārtota savienošana - magnētiskā lauka iekšējo un ārējo spēka līniju savstarpēja pārkārtošana.
Tas noved pie daudzu tukšumu veidošanās Dzīvsudraba magnetosfērā, ļaujot Saules vējam gandrīz netraucēti sasniegt planētas virsmu. Turklāt MESSENGER atklāja remanenci debess ķermeņa garozā. Izmantojot šos datus, zinātnieki ir aprēķinājuši, ka Merkura magnētiskā lauka vidējā vecuma apakšējā robeža ir 3,7-3,9 miljardi gadu. Tas, kā atzīmēja zinātnieki, apstiprina dinamo efekta pamatotību planētas globālā magnētiskā lauka veidošanā, kā arī šķidra ārējā serdeņa klātbūtni tajā.
Tikmēr jautājums par dzīvsudraba struktūru joprojām nav atklāts. Iespējams, ka tā serdes ārējā slānī ir metāla pārslas - dzelzs sniegs. Šī hipotēze ir ļoti populāra, jo, izskaidrojot paša Merkura magnetosfēru ar to pašu dinamo efektu, tā pieļauj zemas temperatūras un kvazi-cietu (vai kvazi-šķidru) kodolu planētas iekšienē.
Foto: Vašingtonas Kārnegi institūcija / JHUAPL / NASA
Ir zināms, ka sauszemes planētu kodolus veido galvenokārt dzelzs un sērs. Ir arī zināms, ka sēra ieslēgumi pazemina kodolu masas kušanas temperatūru, atstājot to šķidru. Tas nozīmē, ka, lai uzturētu dinamo efektu, ir nepieciešams mazāk siltuma, ko Merkurs jau rada par maz. Gandrīz pirms desmit gadiem ģeofiziķi, veicot virkni eksperimentu, parādīja, ka augsta spiediena apstākļos dzelzs sniegs var nokrist virzienā uz planētas centru, un šķidrs dzelzs un sēra maisījums no tā var pacelties no iekšējā serdeņa. Tas var radīt dinamo efektu dzīvsudraba zarnās.
MESSENGER dati apstiprināja šos secinājumus. Stacijā uzstādītais spektrometrs parādīja ārkārtīgi zemu dzelzs un citu smago elementu saturu planētas vulkāniskajās klintīs. Plānajā dzīvsudraba mantijas slānī gandrīz nav dzelzs, un to galvenokārt veido silikāti. Cietais centrs veido apmēram pusi (apmēram 900 kilometrus) no serdes rādiusa, pārējo daļu aizņem izkusušais slānis. Starp tiem, visticamāk, ir slānis, kurā metāla pārslas pārvietojas no augšas uz leju. Kodola blīvums ir apmēram divas reizes lielāks nekā mantijas, un tiek lēsts, ka tas ir septiņas tonnas uz kubikmetru. Pēc zinātnieku domām, sērs veido apmēram 4,5 procentus no kodola masas.
MESSENGER atklāja daudzus krokus, līkumus un defektus uz dzīvsudraba virsmas, kas ļauj izdarīt nepārprotamu secinājumu par planētas tektonisko aktivitāti nesenā pagātnē. Ārējās garozas uzbūve un tektonika, pēc zinātnieku domām, ir saistīta ar procesiem, kas notiek planētas zarnās. MESSENGER parādīja, ka planētas magnētiskais lauks ir spēcīgāks ziemeļu puslodē nekā dienvidu. Spriežot pēc gravitācijas kartes, ko sastādījis aparāts, garozas biezums pie ekvatora ir vidēji par 50 kilometriem lielāks nekā pie staba. Tas nozīmē, ka silikāta mantija planētas ziemeļu platuma grādos tiek uzkarsēta spēcīgāk nekā tās ekvatoriskajā daļā. Šie dati lieliski sakrīt ar salīdzinoši jaunu slazdu atklāšanu ziemeļu platuma grādos. Lai arī vulkāna aktivitātes uz dzīvsudrabu izbeidza apmēram pirms 3,5 miljardiem gadu, pašreizējais termiskās difūzijas attēls planētas mantijā lielākoties irkuru, visticamāk, noteica viņas pagātne.
Jo īpaši konvekcijas plūsmas joprojām var pastāvēt slāņos, kas atrodas blakus planētas kodolam. Tad mantijas temperatūra zem planētas ziemeļpola būs par 100-200 grādiem pēc Celsija augstāka nekā zem planētas ekvatoriālajiem reģioniem. Turklāt MESSENGER atklāja, ka vienas ziemeļu garozas sekcijas magnētiskais lauks ir vērsts pretējā virzienā attiecībā pret planētas globālo magnētisko lauku. Tas nozīmē, ka agrāk vismaz vienu reizi uz Merkura notika inversija - mainījās magnētiskā lauka polaritāte.
Tikai divas stacijas ir detalizēti izpētījušas Mercury - Mariner 10 un MESSENGER. Un šī planēta, galvenokārt sava magnētiskā lauka dēļ, rada lielu interesi par zinātni. Izskaidrojot tās magnetosfēras raksturu, mēs gandrīz noteikti to varam izdarīt Zemes labā. 2018. gadā Japāna un ES plāno nosūtīt trešo misiju uz Merkūru. Lidos divas stacijas. Vispirms MPO (Mercury Planet Orbiter) sastādīs debess ķermeņa virsmas daudzviļņu karti. Otrais - MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) - pētīs magnetosfēru. Pirmajiem misijas rezultātiem būs jāgaida ilgi - pat ja starts notiks 2018. gadā, stacijas galapunkts tiks sasniegts tikai 2025. gadā.
Jurijs Sukhovs