Wassereis und organische Stoffe am Nordpol von Merkur gefunden

Ein Radarbild der Nordpolregion von Merkur wird über einem Mosaik von MESSENGER-Bildern desselben Gebiets angezeigt. Bildnachweis: NASA / Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University / Carnegie Institution of Washington / Nationales Zentrum für Astronomie und Ionosphäre, Arecibo Observatory

Vor über 20 Jahren wurden in der Nordpolarregion auf Merkur radarhelle Materialien gesehen, und seitdem haben Wissenschaftler postuliert, dass sich dort Wassereis in permanent beschatteten Regionen verstecken könnte. Die neuesten Daten des MESSENGER-Raumfahrzeugs, das jetzt den der Sonne am nächsten gelegenen Planeten umkreist, bestätigen, dass Merkur tatsächlich Wassereis sowie organisches Material in permanent beschatteten Kratern an seinem Nordpol hält. Wissenschaftler sagten heute, dass Quecksilber an beiden Polen zwischen 100 Milliarden und 1 Billion Tonnen Wassereis halten könnte und das Eis stellenweise bis zu 20 Meter tief sein könnte. Darüber hinaus kann faszinierendes dunkles Material, das das Eis bedeckt, andere flüchtige Stoffe wie organische Stoffe enthalten.

Das MESSENGER-Team veröffentlichte diese Woche drei Artikel in der Zeitschrift Science, die drei neue Beweise dafür liefern, dass Wassereis die Komponenten in den Kratern am Nordpol von Merkur dominiert.

"Wassereis hat drei herausfordernde Tests bestanden, und wir kennen keine andere Verbindung, die den Eigenschaften entspricht, die wir mit dem Raumschiff MESSENGER gemessen haben", sagte Sean Solomon, Principal Investigator von MESSENGER, heute bei einem Briefing. "Diese Ergebnisse enthüllen ein sehr wichtiges Kapitel der Geschichte darüber, wie Wassereis im Laufe der Zeit von Kometen und wasserreichen Asteroiden auf die inneren Planeten geliefert wurde."

MESSENGER kam letztes Jahr in Merkur an und Daten vom Neutronenspektrometer und Laserhöhenmesser des Raumfahrzeugs wurden verwendet, um die Beobachtungen am Nordpol des Planeten durchzuführen.

Eine mehrere Meter dicke Wassereisschicht ist weiß dargestellt. Reichlich vorhandene Wasserstoffatome im Eis verhindern, dass die Neutronen in den Weltraum entweichen. Ein Zeichen für erhöhte Wasserstoffkonzentrationen (und folglich für Wassereis) ist eine Abnahme der Rate, mit der MESSENGER Neutronen vom Planeten nachweist. Bildnachweis: NASA / Johns Hopkins University Labor für Angewandte Physik / Carnegie Institution of Washington

Die Neutronenspektroskopie misst die durchschnittlichen Wasserstoffkonzentrationen in den radarhellen Regionen von Merkur, und die Wissenschaftler konnten die Wassereiskonzentrationen aus den Wasserstoffmessungen ableiten.

"Die Neutronendaten zeigen, dass die radarhellen polaren Ablagerungen von Merkur im Durchschnitt eine mehr als zehn Zentimeter dicke wasserstoffreiche Schicht unter einer 10 bis 20 Zentimeter dicken Oberflächenschicht enthalten, die weniger reich an Wasserstoff ist", sagte David Lawrence, a MESSENGER Teilnehmender Wissenschaftler am Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University und Hauptautor einer der Arbeiten. "Die vergrabene Schicht hat einen Wasserstoffgehalt, der mit nahezu reinem Wassereis übereinstimmt."

Dieses Bild zeigt Sonnenlicht, das den Kraterboden und den Rand des Prokofjew erreicht. Die nach Norden ausgerichteten Teile des Randes und des Inneren bleiben ebenso wie die zahlreicher anderer Krater in ständigem Schatten. Klicken Sie auf das Bild, um einen Film anzusehen, der ungefähr die Hälfte eines Merkur-Sonnentages (176 Erdentage) simuliert und das aus MLA-Messungen abgeleitete digitale Geländemodell verwendet. Bildnachweis: NASA Goddard Space Flight Center / Massachusetts Institute of Technology / Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University / Carnegie Institution of Washington.

Daten vom Mercury Laser Altimeter (MLA) von MESSENGER, der mehr als 10 Millionen Laserpulse auf Mercury abgefeuert hat, um detaillierte Karten der Topographie des Planeten zu erstellen, bestätigen die Radarergebnisse und Neutronenspektrometer-Messungen der Polarregion von Mercury. Gregory Neumann vom Goddard Flight Center der NASA, Hauptautor des zweiten Papiers, sagte, das Team habe topografische Daten verwendet, um Beleuchtungsmodelle für Nordpolkrater von Merkur zu entwickeln, die unregelmäßige dunkle und helle Ablagerungen bei Wellenlängen im nahen Infrarot nahe dem Nordpol von Merkur enthüllten.

"Die wirkliche Überraschung ist, dass es dunkle Bereiche um helle Bereiche gab, die durchdringender waren als radarhelle Bereiche", sagte Neumann beim Briefing am Donnerstag. "Sie sind eine Decke, die die hellen flüchtigen Stoffe schützt, die darunter liegen."

Neumann sagte, dass die Auswirkungen von Kometen oder flüchtigen Asteroiden sowohl die dunklen als auch die hellen Ablagerungen hätten liefern können, was in einem dritten Artikel unter der Leitung von David Paige von der University of California in Los Angeles bestätigt wurde.

Paige und seine Kollegen lieferten die ersten detaillierten Modelle der Oberflächen- und Oberflächentemperaturen der Nordpolregionen von Quecksilber, die die mit MLA gemessene tatsächliche Topographie der Quecksilberoberfläche verwenden. Die Messungen "zeigen, dass die räumliche Verteilung von Regionen mit hoher Radar-Rückstreuung gut mit der vorhergesagten Verteilung von thermisch stabilem Wassereis übereinstimmt", sagte er.

Eine Karte von „Permafrost“ auf Quecksilber zeigt die berechneten Tiefen unter der Oberfläche, bei denen Wassereis voraussichtlich thermisch stabil ist. Die Grauzonen sind Regionen, die in allen Tiefen zu warm für ein stabiles Wassereis sind. Die gefärbten Bereiche sind ausreichend kalt, damit das unterirdische Eis stabil ist, und die weißen Bereiche sind ausreichend kalt exponiertes Oberflächeneis, um stabil zu sein. Die Ergebnisse des Wärmemodells sagen das Vorhandensein von Oberflächen- und Untergrundwassereis an denselben Orten voraus, an denen sie durch erdgestützte Radar- und MLA-Beobachtungen beobachtet werden. Bildnachweis: NASA / UCLA / Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University / Carnegie Institution of Washington

Laut Paige ist das dunkle Material wahrscheinlich eine Mischung aus komplexen organischen Verbindungen, die durch die Einflüsse von Kometen und flüchtigen Asteroiden an Merkur geliefert werden. Diese Objekte haben wahrscheinlich auch den innersten Planeten mit Wasser versorgt. Das organische Material wurde möglicherweise weiter verdunkelt, indem es der harten Strahlung an der Quecksilberoberfläche ausgesetzt wurde, selbst in permanent beschatteten Bereichen.

Dieses dunkle Isoliermaterial ist ein neues und faszinierendes Stück der Geschichte von Merkur, die MESSENGER zu entwirren versucht, sagte Solomon und wirft Fragen darüber auf, welche Arten von organischen Stoffen dort zu finden sind. Solomon fügte hinzu, dass Quecksilber nun zu einem Objekt von Interesse für die Astrobiologie werden könnte, sagte jedoch ohne Zweifel, dass keiner der Wissenschaftler glaubt, dass es Leben auf Merkur gibt. Dies könnte jedoch Informationen über den Aufstieg organischer Stoffe auf der Erde liefern.

Darüber hinaus sagte der Wissenschaftler, dass auf Quecksilber keine Wahrscheinlichkeit für flüssiges Wasser besteht, obwohl die Temperaturen in einigen Regionen flüssigem Wasser förderlich wären. Aber ohne Atmosphäre auf Quecksilber würde Wasser nicht lange bleiben. "Es wäre sehr schnell Eis oder Dampf", sagte Paige.

Dieses Schema der Umlaufbahn von MESSENGER zeigt einige der Herausforderungen bei der Erfassung von Beobachtungen der Nordpolregion von Merkur. Bildnachweis: NASA / Johns Hopkins University Labor für Angewandte Physik / Carnegie Institution of Washington

Solomon sagte, dass es nicht einfach und nicht schnell gewesen sei, diese Messungen zu erhalten. "Selbst in den höchsten von MESSENGER erreichten Breiten muss das Raumschiff in einem schrägen Winkel schauen, um die Nordpolregionen zu betrachten", sagte er.

Während seiner primären Umlaufbahn befand sich MESSENGER in einer 12-stündigen Umlaufbahn und befand sich auf einer Höhe zwischen 244 und 640 km am nördlichsten Punkt seiner Flugbahn. Seit April 2012 befindet sich MESSENGER in einer 8-Stunden-Umlaufbahn (siehe oben) und befindet sich auf einer Höhe zwischen 311 und 442 km am nördlichsten Punkt seiner Flugbahn. Selbst aus diesen weiten Blickwinkeln füllen die polaren Ablagerungen von Merkur nur einen kleinen Teil des Sichtfelds vieler Instrumente von MESSENGER.

Aber trotz der Herausforderungen, sagte Solomon, haben die eineinhalb Jahre von MESSENGER im Orbit jetzt klare Ergebnisse gebracht.

Quellen: MESSENGER, NASA

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