Jauh dari kematian, eksosfer Merkurius dinamis dan terus diperbarui. Ini memberikan petunjuk kepada para astronom tentang permukaan dan lingkungan planet.
Kasihan sekali Mercury. Planet kecil ini mengalami serangan tanpa akhir oleh sinar matahari yang intens, angin matahari yang kuat, dan meteoroid miniatur berkecepatan tinggi yang disebut mikrometeoroid. Penutup planet yang tipis, eksosfer, hampir menyatu dengan ruang hampa udara, membuatnya terlalu tipis untuk menawarkan perlindungan. Karena hal ini, tergoda untuk memikirkan eksosfer Merkurius sebagai sisa-sisa atmosfer kuno yang babak belur.
Namun, benar-benar, eksosfer terus berubah dan diperbarui dengan natrium, kalium, kalsium, magnesium, dan lainnya - dibebaskan dari tanah Merkurius oleh rentetan partikel. Partikel-partikel ini dan bahan permukaan Merkurius menanggapi sinar matahari, angin matahari, selubung magnetik Merkurius sendiri (magnetosfer) dan kekuatan dinamis lainnya. Karena itu, eksosfer mungkin tidak terlihat sama dari satu pengamatan ke pengamatan berikutnya. Jauh dari kematian, eksosfer Merkurius adalah tempat aktivitas luar biasa yang dapat memberi tahu banyak astronom tentang permukaan dan lingkungan planet.
Kepadatan proton dari angin matahari, yang dihitung dengan memodelkan selubung magnetik planet, atau magnetosfer. Kredit Gambar: NASA / GSFC / Mehdi Benna
Tiga makalah terkait yang ditulis oleh para ilmuwan di Goddard Space Flight Center milik NASA di Greenbelt, Maryland, menawarkan wawasan tentang rincian bagaimana eksosfer dapat diisi ulang dan menunjukkan bahwa pemodelan baru dari magnetosfer dan eksosfer dapat menjelaskan beberapa pengamatan menarik tentang planet ini. Makalah ini diterbitkan sebagai bagian dari IcarusSeptember 2010 edisi khusus, yang dikhususkan untuk pengamatan Merkurius selama flybys pertama dan kedua dari pesawat ruang angkasa MESSENGER. MESSENGER adalah kependekan dari MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry, dan Ranging.
1. Pengganti merkuri. Tidak ada pesawat ruang angkasa yang dapat mendarat di Merkurius, sehingga para astronom harus mencari tahu secara tidak langsung apa yang ada di tanah planet ini. Salah satu pendekatan adalah mempelajari bulan Bumi. Goddard's Rosemary Killen adalah pakar atmosfer luar, atau atmosfer, baik bulan dan Merkurius. Ketika dia dan rekan-rekannya ingin mengetahui jenis tanah apa yang dapat meningkatkan konsentrasi natrium dan kalium yang ditemukan di eksosfer Merkurius, mereka melihat sampel bulan. Pertandingan terbaik mereka? Sampel dibawa kembali oleh pesawat ruang angkasa Luna 16 Rusia.
2. Berpisah. Atom dan molekul di atmosfer Bumi memantul dan bertabrakan setiap saat, tetapi ini tidak banyak terjadi di eksosfer Merkurius. Sebaliknya, atom dan molekul cenderung mengikuti jalur mereka sendiri dan sebenarnya lebih cenderung bertabrakan dengan permukaan planet daripada dengan satu sama lain. Kombinasi pengamatan dari teleskop berbasis bumi dan data MESSENGER baru-baru ini menunjukkan bahwa natrium, kalsium dan magnesium dilepaskan dari permukaan oleh berbagai proses dan berperilaku sangat berbeda di eksosfer, catat Killen.
3. Kekuatan sinar matahari. Pemodelan baru mengungkapkan kekuatan mengejutkan yang melepaskan sebagian besar natrium ke dalam eksosfer dan ekor Merkurius. Para peneliti memperkirakan faktor utama adalah partikel bermuatan yang mengenai permukaan dan melepaskan natrium dalam proses yang disebut ion sputtering. Alih-alih, faktor utama tampaknya adalah foton yang melepaskan natrium dalam proses yang disebut foton-stimulated desorption (PSD), yang dapat ditingkatkan di daerah yang terkena ion. Pemodelan ini dilakukan oleh Matthew Burger, seorang ilmuwan penelitian dari Universitas Maryland di Baltimore County (UMBC) yang bekerja di Goddard bersama Killen dan rekannya, menggunakan data dari flybys MESSENGER pertama dan kedua. Sinar matahari mendorong atom natrium menjauh dari permukaan planet untuk membentuk ekor seperti komet panjang. Burger berkata:
Percepatan radiasi terkuat ketika Merkurius berada di jarak tengah dari matahari. Itu karena Merkurius bergerak paling cepat pada titik itu di orbitnya, dan ini adalah salah satu faktor yang menentukan seberapa besar tekanan radiasi matahari yang diberikan pada eksosfer.
Dampak oleh mikrometeoroid juga berkontribusi hingga 15 persen dari natrium yang diamati.
4. Lebih keras di utara. Sebagian besar natrium diamati di kutub utara dan selatan Merkurius, tetapi distribusi miring ditemukan pada saat flyer MESSENGER pertama: emisi natrium 30 persen lebih kuat di belahan bumi utara daripada di selatan. Pemodelan magnetosfer Merkurius yang dilakukan oleh Mehdi Benna, seorang ilmuwan UMBC yang bekerja di Goddard dan anggota tim sains MESSENGER, dan rekan-rekannya, dapat membantu menjelaskan pengamatan ini. Model tersebut mengungkapkan empat kali lebih banyak proton yang mengenai Merkurius di dekat kutub utara daripada di dekat kutub selatan. Lebih banyak serangan berarti bahwa lebih banyak atom natrium dapat dibebaskan oleh ion sputtering atau PSD. Cukup perbedaan untuk menjelaskan pengamatan. Benna berkata:
Ini terjadi karena medan magnet yang berasal dari matahari dimiringkan saat terbang lintas Merkurius. Lapangan itu tidak simetris ketika melilit Merkurius. Konfigurasi ini membuat wilayah kutub utara planet ini lebih banyak memiliki partikel angin matahari daripada wilayah kutub selatan.
Air raksa. Kredit Gambar: NASA
5. Bergeser ke gigi tinggi. Burger menambahkan bahwa peningkatan partikel bermuatan dekat kutub utara bekerja bersama dengan foton yang terlibat dalam PSD. Dia menjelaskan:
PSD hanya mempengaruhi permukaan luar butiran tanah. Permukaan menjadi cepat habis dan melepaskan jumlah natrium yang terbatas.
Dia mengatakan bahwa lebih banyak natrium harus melakukan perjalanan dari bagian dalam setiap butir ke permukaan, dan itu membutuhkan waktu. Burger menambahkan:
Tetapi peningkatan partikel bermuatan di kutub utara mempercepat seluruh proses ini, sehingga lebih banyak natrium dilepaskan lebih cepat.
6. Partikel dalam alur. Setelah proton dari angin matahari membombardir permukaan Merkurius, sinar matahari yang intens dapat menyerang material yang dibebaskan dan mengubahnya menjadi ion positif (proses fotoionisasi). Pemodelan oleh Benna dan rekannya mengungkapkan bahwa beberapa ion ini mungkin dapat melakukan perjalanan keliling planet dalam "sabuk penyimpangan," mungkin membuat setengah putaran atau bahkan berkeliling beberapa kali sebelum keluar dari sabuk. Benna berkata:
Jika sabuk drift ini ada dan jika konsentrasi ion di sabuk drift cukup tinggi, itu dapat membuat depresi magnetik di wilayah ini.
Anggota tim sains MESSENGER memperhatikan kemiringan medan magnet di kedua sisi planet ini. Benna mencatat:
Tapi sejauh ini, kita tidak bisa mengatakan bahwa sabuk melayang menyebabkan penurunan ini. Model oleh kami dan oleh peneliti lain memberi tahu kami bahwa sabuk penyimpangan dapat terbentuk, tetapi adakah cukup ion di sana untuk menyebabkan penurunan pada medan magnet? Kami belum tahu.
7. Maverick magnesium. Pesawat ruang angkasa MESSENGER adalah yang pertama menemukan magnesium di eksosfer Merkurius. Killen mengatakan bahwa para astronom mengharapkan konsentrasi magnesium menjadi yang terbesar di permukaan dan berkurang dengan jarak dengan cara biasa (peluruhan eksponensial). Sebagai gantinya, dia dan rekan-rekannya menemukan bahwa konsentrasi magnesium di atas kutub utara selama penerbangan ketiga ...
... tergantung di sana dengan kepadatan konstan, dan kemudian tiba-tiba, itu jatuh seperti batu. Ini hanya kejutan total, dan ini satu-satunya saat kami melihat distribusi aneh ini.
Terlebih lagi, kata Killen, suhu magnesium ini dapat mencapai puluhan ribu derajat Kelvin, yang jauh di atas suhu permukaan 800 Fahrenheit (427 Celsius). Proses yang diharapkan bekerja pada permukaan planet ini mungkin tidak dapat menjelaskan hal ini. Killen berkata:
Hanya proses berenergi sangat tinggi yang dapat menghasilkan magnesium yang sangat panas, dan kami belum tahu prosesnya.
Laboratorium Fisika Terapan Universitas Johns Hopkins membangun dan mengoperasikan pesawat ruang angkasa MESSENGER dan mengelola misi kelas penemuan ini untuk NASA.
Posting ini awalnya diterbitkan di situs MESSENGER NASA pada 1 September 2010.
Intinya: Tiga makalah terkait yang ditulis oleh para ilmuwan di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, dan rekan-rekan mereka menawarkan wawasan tentang rincian tentang bagaimana eksosfer Merkurius diisi kembali, dan menunjukkan bahwa pemodelan baru magnetosfer dan eksosfer dapat menjelaskan pengamatan. planet ini.