В экзосфере Меркурия обнаружили следы лития: почему это важно21.07.2025 16:46

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, впервые выявило литий в экзосфере Меркурия с использованием новейшего метода детекции электромагнитных магнитных волн. О разведке и добыче лития на Меркурии речь пока не идет.

Экзосфера Меркурия представляет собой крайне разреженную среду, в которой молекулы газа взаимодействуют друг с другом очень редко. Более полувека такие миссии, как космический аппарат Mariner 10, а затем и MESSENGER, выходили на орбиту Меркурия, собирая данные о составе околопланетарного пространства.

Благодаря информации, собранной космическими миссиями и телескопами на Земле, ученые обнаружили, что в пространстве вокруг Меркурия присутствуют такие простые вещества, как водород, калий, натрий и железо. Наличие в экзосфере щелочных металлов (калия и натрия) привело ученых к предположению, что, исходя из современных представлений о формировании планет, должны существовать и другие щелочные металлы, в частности, литий. Но на протяжении многих лет усилия по его поиску не приносили результатов. Исследователи предположили, что литий может присутствовать в экзосфере в чрезвычайно низких концентрациях.

Исследовательская группа под руководством Даниэля Шмида из Австрийской академии наук подошла к поиску с новой точки зрения. Вместо прямого поиска атомов лития они использовали измерения магнитного поля для идентификации так называемых ионно-циклотронных волн захвата (ИЦВЗ), указывающих на присутствие лития. Во время исследования данных о магнитном поле, собранных аппаратом MESSENGER, ученые выявили достоверные сигнатуры ионных циклотронных волн, которые могут быть связаны с недавно ионизированным литием. Это открытие позволяет предположить, что поверхность Меркурия богата легкими элементами, которые в результате постоянных метеоритных ударов выбрасываются в экзосферу и космическое пространство.

Обнаружение сигнатур

ИЦВЗ образуются в результате множества физических процессов, происходящих на поверхности Меркурия и в его экзосфере. Когда нейтральные атомы лития поднимаются с поверхности Меркурия в космос, они сталкиваются с интенсивным солнечным ультрафиолетовым излучением. Это излучение выбивает электроны из атомов, превращая их в положительно заряженные ионы лития. Свежие ионизированные частицы подхватываются солнечным ветром — постоянным потоком заряженных частиц, исходящих от Солнца.

Когда солнечный ветер «подхватывает» эти свежие ионы лития, в окружающей плазме возникает нестабильность. Разница в скоростях между ионами лития и частицами солнечного ветра порождает электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве. Они генерируют характерный сигнал, поскольку колеблются на литий-ионной циклотронной частоте, определяемой уникальным отношением массы к заряду лития и локальной напряженностью магнитного поля. Каждый элемент таблицы Менделеева имеет свой собственный электромагнитный «отпечаток пальца», по которому его можно идентифицировать в пространстве.

Исследовательская группа проанализировала данные о магнитных полях, полученные с помощью MESSENGER за четыре года, и выявила 12 независимых событий, в ходе которых возникали ИЦВЗ. Каждое событие, длившееся несколько десятков минут, давало представление о выбросе лития в разреженную экзосферу Меркурия.

Метеоритная бомбардировка

Спорадический и недолговечный характер этих детекций позволил получить важные сведения о происхождении лития. Исследователи исключили медленно действующие процессы, включая инфракрасный нагрев и продолжающееся воздействие солнечного ветра. Все признаки указывали на кратковременные взрывные явления, такие как столкновения с метеоритами.

Когда метеориты ударяются о поверхность Меркурия со скоростью около 100 километров в секунду, они создают взрывные воздействия, которые испаряют как космический камень, так и породу поверхности Меркурия. В результате столкновений образуются облака пара, нагретые до 2500–5000 Кельвинов, что достаточно для выброса атомов лития в экзосферу Меркурия.

Обнаружение лития и его связь со столкновениями, убедительно подтверждают, что метеориты не только доставляют новый материал, но и испаряют существующие поверхностные отложения, высвобождая летучие вещества в экзосферу и поддерживая динамику эволюции планеты.

Моделирование показало собирательный «портрет» метеоритов, ответственных за выброс лития с поверхности Меркурия. Они имеют радиус от 13 до 21 сантиметра, а массу — от 28 до 120 килограмм. При таких ударах может испариться и покинуть планету примерно в 150 раз больше материала поверхности, чем масса самого метеорита.

Переписываем историю Меркурия.

Эти данные бросают вызов традиционным представлениям о том, как Меркурий приобрел свой состав и структуру. Ранние модели предполагали, что близость Меркурия к Солнцу должна была привести к удалению летучих элементов во время формирования планеты, оставив после себя совершенно бесплодный мир.

Меркурий обладает необычно высокой плотностью, а его железное ядро слишком велико по сравнению с корой и мантией. Одна из гипотез предполагает, что в результате мощного раннего столкновения в сочетании с близостью планеты к Солнцу большая часть мантии и ее летучих веществ была выброшена в космос. Однако MESSENGER обнаружил значительное количество летучих элементов, что противоречит этой идее.

Сейчас исследование предлагает иную версию событий. Поверхность Меркурия на протяжении миллиардов лет непрерывно обогащалась в результате бомбардировки метеоритами и воздействия космических лучей. Именно они обеспечивают накопление лития в коре планет земного типа.  

Помимо применения к Меркурию, новый метод детекции ИЦВЗ мог бы помочь ученым исследовать тонкие слои экзосфер по всей Солнечной системе. Даже полностью лишенные атмосферы небесные тела, такие как Луна и астероиды, могут приобретать летучие вещества в результате межпланетной «доставки».

Прикладная ценность обнаружения лития на поверхности Меркурии пока невелика — на Земле месторождения лития пока не оскудели, меркурианские запасы неизвестны, а добыча технически неосуществима. Однако с точки зрения грядущей колонизации Солнечной системы исследование содержит важную информацию к размышлению.   

Ранее мы рассказали о возможных последствиях столкновения астероида с Луной.