Планетологи отказались от модели экстремального испарения океана магмы на молодом Меркурии

Обилие летучих веществ, таких как натрий и сера, в коре Меркурия не может быть объяснено моделью экстремального испарения магматического океана на протомеркурии. Вместо этого своеобразный состав планеты скорее связан с составом той области протосолнечной туманности, где он образовался. К такому выводу пришли планетологи, построившие наиболее полную модель совместной эволюции магматического океана и первичной атмосферы на молодом Меркурии. Статья опубликована в The Planetary Science Journal.

Считается, что океаны магмы играли ключевую роль в определении начальных свойств и последующей эволюции и химической дифференциации планет земной группы в Солнечной системе. Каменистая планета, масса которой сравнима с Меркурием, могла завершить процесс аккреции, сформировать железное ядро ​​и обеспечить полное затвердевание своего магматического океана примерно за 20 миллионов лет после образования Солнечной системы. При этом, во время охлаждения магматического океана, когда поверхность планеты остается, в основном, расплавленной, идет активный обмен химическими веществами между внутренними слоями планеты и ее атмосферой и экзосферой.

В конце прошлого века была выдвинута гипотеза о том, что аномально высокая насыпная плотность Меркурия может быть объяснена испарением компонентов магматического океана с его поверхности на ранних стадиях существования планеты, причем улетучиваться первичная атмосфера должна была достаточно медленно, чтобы оставаться в равновесии с океаном магмы. В пользу существования океана магмы на протомеркурии говорят данные наблюдений зонда MESSENGER, который обнаружил в поверхностном слое планеты обилие натрия и серы.

Группа планетологов во главе с Ноа Егги (Noah Jäggi) из Физического института Бернского университета опубликовала результаты моделирований совместной эволюции магматического океана и атмосферы на протомеркурии. Ученые использовали пять различных кодов, которые учитывают состав планеты, обмен энергией и массой между планетой и атмосферой и потерями вещества из экзосферы за счет нагрева плазмы, фотоионизации или утечки Джинса.

Исследователи пришли к выводу, что для первоначально большого океана магмы с начальным содержанием углерода и водорода сравнимым с земным, его время жизни могло достигать почти 10 тысяч лет, что обеспечивало потерю массы через атмосферу (с начальным давлением 5–12 бар) в течение длительного периода времени. Если же у протомеркурия не было обилия углерода и водорода, то он обладал тонкой, короткоживущей атмосферой, содержащей металлы и оксиды металлов. В верхних слоях атмосферы, богатой летучими веществами, преобладали H₂ и CO, во втором случае —  Na и SiO.

Темпы потери вещества экзосферой молодого Меркурия за счет фотоиспарения оцениваются в 10^6,6—10^9,6 килограммов в секунду. За время жизни магматического океана планета потеряла бы 0,3 процента своей массы или менее 0,02 процента от общих запасов H₂O и Na. Даже максимальные потери наиболее летучих элементов Na и K незначительны по отношению к их полному содержанию в протомеркурии. Таким образом, богатая натрием кора Меркурия несовместима с моделью экстремально большой потери вещества на стадии магматического океана, а своеобразный состав планеты обусловлен, скорей, составом той области протосолнечной туманности, где он образовался. 

Ранее мы рассказывали о том, как магнитное поле Солнца позволило Меркурию обзавестись железным ядром.

Александр Войтюк