Как вы можете исследовать внутреннюю часть планеты, даже не приземлившись на нее. Начните с наблюдения вращения планеты, а затем наблюдайте, как зонд вращается вокруг нее. Это требует большой точности. И это то, что планетологи НАСА сделали, используя данные, собранные последней миссией, отправленной к этой планете.
Давно известно, что у Меркурия и Земли есть металлические ядра. Как и в случае Земли, внешний слой ядра Меркурия состоит из жидкого металла, но до сих пор можно было только предположить, что внутренняя часть ядра Меркурия является постоянной. Теперь ученые из Центра космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, нашли доказательства того, что внутреннее ядро Меркурия действительно твердое, и его размер очень напоминает внутреннее ядро Земли.
Некоторые ученые сравнивают Меркурий с пушечным ядром, потому что его металлическое ядро занимает почти 85 процентов объема планеты. Такое большое ядро - огромное по сравнению с другими каменистыми планетами в нашей планетной системе - долгое время было одной из самых интригующих загадок Меркурия.
Открытие твердого внутреннего ядра Меркурия, описанное в журнале Geophysical Research Letters, позволяет нам лучше понять Меркурий, но оно также имеет большие последствия. Знание о том, насколько похожи и как разные планеты могут отличаться, может многое рассказать нам о том, как возникла Солнечная система и как со временем развиваются каменистые планеты.
«Внутренняя часть Меркурия все еще активна из-за жидкого ядра, которое управляет слабым (по сравнению с Землей) магнитным полем этой планеты», - говорит Антонио Дженова, профессор Университета Сапиенца в Риме, который руководил исследованиями, работая в NASA. "Ядро Меркурия остывает быстрее, чем у Земли. Меркурий может помочь нам предсказать, как изменится магнитное поле Земли при охлаждении ее ядра".
Чтобы узнать, как "поживает" ядро Меркурия, Дженовой и его коллегам пришлось буквально приблизиться к нему. Исследователи использовали несколько наблюдений с зонда MESSENGER (поверхность Меркурия, космическая среда, геохимия и размер), чтобы изучить внутреннюю часть Меркурия, уделяя особое внимание скорости вращения и гравитации планеты.
Космический аппарат MESSENGER вышел на орбиту вокруг Меркурия в марте 2011 года и провел на ней четыре года, наблюдая за ближайшей к Солнцу планетой, прежде чем он был намеренно уничтожен об ее поверхностью в апреле 2015 года.
Радионаблюдения зонда MESSENGER использовались для определения гравитационных аномалий (локальных областей масс) и местоположения полюса вращения, благодаря чему стало возможным понять ориентацию планеты в космосе.
Каждая планета вращается вокруг своей оси. Меркурий вращается намного медленнее Земли, и для его полного обращения вокруг своей оси требуется 58 земных дней. Исследователи часто используют небольшие вариации ротации объектов для извлечения информации об их внутренней структуре. В 2007 году радиолокационные наблюдения с Земли показали небольшие сдвиги вращения Меркурия, так называемые либрации, которые показали, что часть ядра Меркурия должна состоять из расплавленного жидкого металла. Однако наблюдения только за скоростью вращения не позволили нам тщательно исследовать внутреннее ядро планеты. Исследователи задавались вопросом, можно ли спрятать твердое ядро внутри него.
Гравитация может позволить ответить на этот вопрос. «Гравитация является мощным инструментом для изучения глубинных недр планеты, потому что она зависит от структуры плотности планеты», - говорит Сандер Гуссенс.
В то время как MESSENGER кружил вокруг Меркурия во время своей миссии и все больше и больше приближался к его поверхности, ученые проверяли, как зонд ускорялся под действием силы тяжести на планете. Структура плотности планеты может вызвать небольшие изменения на орбите зонда. В более поздние периоды миссии зонд находился на орбите в 200 километров над поверхностью и менее 100 километров за последний год миссии. Последние низкоорбитальные орбиты предоставили лучшие данные и позволили Дженови и его команде выполнить самые точные измерения внутренней структуры Меркурия.
Дженова и его команда представили данные от MESSENGER в продвинутую компьютерную программу, которая позволила им регулировать параметры и узнавать о составе внутреннего пространства Меркурия так, чтобы оно соответствовало тому, как оно вращается и ускоряет зонд на орбите. Результаты показали, что данные наиболее точно указывают на большое твердое внутреннее ядро. Исследователи подсчитали, что ядро из твердого железа может иметь диаметр около 2000 километров и составляет около половины всего ядра Меркурия (около 4000 километров в диаметре). Для сравнения, твердое ядро Земли имеет диаметр 2400 километров и составляет более 1/3 всего ядра планеты.
«Нам нужно было объединить информацию из разных областей: геодезии, геохимии, механики неба и гравитации, чтобы выяснить, какова внутренняя структура Меркурия», - говорит ученый-планетолог Эрван Мазарико из Годдарда.
Тот факт, что ученым пришлось приблизиться к Меркурию, чтобы узнать больше о его внутреннем пространстве, подчеркивает необходимость отправки зондов на другие планеты. Измерения вращения и гравитации Меркурия просто невозможно сделать с Земли. Кроме того, эти результаты основаны на данных, собранных зондом MESSENGER за несколько лет. Новые открытия о Меркурии, безусловно, все еще ждут в архивах миссии, и каждое новое открытие о нашем планетарном соседе позволяет нам лучше понять, что будет дальше.
Источник: Центр космических полетов им. Годдарда (NASA)
