Астрофизики смоделировали первичную атмосферу Меркурия
Раньше у Меркурия была атмосфера, но давным-давно она улетучилась в космос. Теперь ученые выяснили, из чего она состояла
Меркурий — самая необычная планета нашей системы. Это самая маленькая планета в Солнечной системе и ближайшая к Солнцу. Кроме того, она находится в резонансе вращения 3:2 — за два меркурианских года планета совершает всего три оборота вокруг своей оси, то есть вращается планета очень медленно, а температура на ее дневной поверхности поднимается до 430°C, а на ночной опускается до -170 градусов. Из-за большего, богатого железом ядра, Меркурий имеет вторую по величине среднюю плотность в Солнечной системе — она всего на 1,5% ниже земной.
Несмотря на близость к Солнцу, поверхность Меркурия, как ни странно, оказалась богатой летучими элементами, такими как натрий и сера. Примечательно, что разделение планеты на богатое железом ядро и скалистую мантию могло привести к тому, что Меркурий на ранних этапах своего формирования был покрыт океаном магмы. Чтобы проверить это и развить теорию, ученые решили построить модель ранней атмосферы и выяснить, какие процессы происходили на планете в первые миллионы лет ее формирования.
На первом этапе ученые взяли за основу два возможных размера Меркурия — в одном случае планета была больше, чем сегодня (такое предположение выдвигают некоторые ученые). Также авторы рассмотрели четыре возможных варианта состава океана магмы. Летучие вещества, такие как диоксид углерода, монооксид углерода, водород и вода, растворяются в магме и могут выделяться в виде газа при понижении внешнего давления.
Сравнительно нелетучие породообразующие элементы, такие как кремний, натрий или железо, могут существовать в виде газов, таких как монооксид кремния (SiO), только при очень высоких температурах. Считается, что они могли присутствовать в океане магмы на Меркурии. Разница между летучими и нелетучими газообразными веществами заключается в том, что при данной температуре летучие соединения имеют гораздо большее равновесное давление пара, чем нелетучие. Это давление, которое атмосфера оказывает на поверхность магмы, когда они сосуществуют.
Модель ученых показала, что из четырех потенциальных механизмов испарения атмосферы доминировал «побег Джинса»: это классическая модель, при которой молекулы, достигшие большой высоты, имеющие высокую скорость и малую массу вылетают из верхних слоев атмосферы, прежде чем столкнуться с другими молекулами.
Другие механизмы приводили к потерям массы от 1 миллиона до 4 миллиардов килограммов в секунду, в зависимости от времени образования Меркурия и предположений об эффективности нагрева. Это слишком большие потери массы для Меркурия.
Учитывая потерю массы, результирующая временная шкала модели для эффективного химического обмена внутри атмосферы составляла менее 10 000 лет, что подразумевает, что процессы ускользания из атмосферы составляют лишь около 0,3% от начальной массы Меркурия, или менее 2,3 км коры. (Современный радиус Меркурия составляет 2440 км.). То есть Меркурий почти ничего не потерял из-за испарения и его размер сегодня примерно такой же, как и при образовании планеты.
