Een radarbeeld van het noordpoolgebied van Mercurius wordt weergegeven bovenop een mozaïek van MESSENGER-afbeeldingen van hetzelfde gebied. Credit: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington / National Astronomy and Ionosphere Centre, Arecibo Observatory
Meer dan 20 jaar geleden werden radar-heldere materialen gezien in het noordpoolgebied op Mercurius, en sindsdien hebben wetenschappers gepostuleerd dat waterijs zich daar zou kunnen verbergen in permanent beschaduwde gebieden. De laatste gegevens van het MESSENGER-ruimtevaartuig - dat nu in een baan om de planeet draait die het dichtst bij de zon staat - bevestigen dat Mercurius inderdaad zowel waterijs als organisch materiaal vasthoudt in permanent beschaduwde kraters aan de noordpool. Wetenschappers hebben vandaag gezegd dat Mercurius aan beide polen tussen de 100 miljard en 1 biljoen ton waterijs kan bevatten en dat het ijs op sommige plaatsen tot 20 meter diep kan zijn. Bovendien kan intrigerend donker materiaal dat het ijs bedekt andere vluchtige stoffen bevatten, zoals organische stoffen.
Het MESSENGER-team publiceerde deze week drie artikelen in het tijdschrift Science, waarin drie nieuwe bewijzen worden gepresenteerd dat waterijs de componenten in de kraters op de noordpool van Mercurius domineert.
"Waterijs heeft drie uitdagende tests doorstaan en we kennen geen andere verbinding die overeenkomt met de kenmerken die we hebben gemeten met het MESSENGER-ruimtevaartuig", zei MESSENGER hoofdonderzoeker Sean Solomon vandaag tijdens een briefing. "Deze bevindingen onthullen een zeer belangrijk hoofdstuk van het verhaal over hoe waterijs in de loop van de tijd door kometen en waterrijke asteroïden aan de binnenplaneten is geleverd."
MESSENGER arriveerde vorig jaar in Mercurius en gegevens van de neutronenspectrometer en laserhoogtemeter van het ruimtevaartuig werden gebruikt om de waarnemingen op de noordpool van de planeet te doen.
In het wit is een laag waterijs van enkele meters dik afgebeeld. Overvloedige waterstofatomen in het ijs voorkomen dat de neutronen de ruimte in ontsnappen. Een kenmerk van verhoogde waterstofconcentraties (en, door afleiding, waterijs) is een afname in de snelheid waarmee MESSENGER neutronen van de planeet detecteert. Credit: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Neutronenspectroscopie meet de gemiddelde waterstofconcentraties binnen de radarheldere gebieden van Mercurius en wetenschappers konden de waterijsconcentraties afleiden uit de waterstofmetingen.
"De neutronengegevens geven aan dat de radarheldere polaire afzettingen van Mercurius gemiddeld een waterstofrijke laag bevatten van meer dan tientallen centimeters dik onder een oppervlaktelaag van 10 tot 20 centimeter dik die minder rijk is aan waterstof", zei David Lawrence, een MESSENGER Deelnemende wetenschapper gevestigd aan het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory en de hoofdauteur van een van de papers. "De begraven laag heeft een waterstofgehalte dat overeenkomt met bijna puur waterijs."
Deze afbeelding toont zonlicht dat de Prokofiev-kraterbodem en -rand bereikt. De naar het noorden gerichte delen van de rand en het interieur blijven in voortdurende schaduw, net als die van talloze andere kraters. Klik op de afbeelding, bekijk een filmpje dat ongeveer de helft van een Mercurius zonnedag (176 aardse dagen) simuleert en het digitale terreinmodel gebruikt dat is afgeleid van MLA-metingen. Credit: NASA Goddard Space Flight Center / Massachusetts Institute of Technology / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington.
Gegevens van MESSENGER's Mercury Laser Altimeter (MLA) - die meer dan 10 miljoen laserpulsen op Mercury heeft afgevuurd om gedetailleerde kaarten van de topografie van de planeet te maken - bevestigen de radarresultaten en Neutron Spectrometer-metingen van het poolgebied van Mercury. Gregory Neumann van het NASA Goddard Flight Center, hoofdauteur van het tweede artikel, zei dat het team topografische gegevens gebruikte om verlichtingsmodellen te ontwikkelen voor de noordpoolkraters van Mercurius, waarbij onregelmatige donkere en heldere afzettingen werden onthuld op bijna-infraroodgolflengte nabij de noordpool van Mercurius.
"De echte verrassing is dat er donkere gebieden rond heldere gebieden waren die meer doordrongen waren dan radar heldere gebieden", zei Neumann donderdag op de briefing. 'Ze zijn een deken die de heldere vluchtige stoffen eronder beschermt.'
Neumann zei dat de effecten van kometen of vluchtige asteroïden zowel de donkere als heldere afzettingen hadden kunnen veroorzaken, een bevinding die werd bevestigd in een derde paper onder leiding van David Paige van de University of California, Los Angeles.
Paige en zijn collega's leverden de eerste gedetailleerde modellen van het oppervlak en de temperaturen aan het oppervlak van de noordpoolgebieden van Mercurius, waarbij gebruik werd gemaakt van de werkelijke topografie van het oppervlak van Mercurius, gemeten door MLA. De metingen "laten zien dat de ruimtelijke verdeling van gebieden met een hoge radarverstrooiing goed overeenkomt met de voorspelde verdeling van thermisch stabiel waterijs", zei hij.
Een kaart van "permafrost" op Mercurius met de berekende diepten onder het oppervlak waarop voorspeld wordt dat waterijs thermisch stabiel is. De grijze gebieden zijn gebieden die op alle dieptes te warm zijn voor stabiel waterijs. De gekleurde gebieden zijn voldoende koud om ondergronds ijs stabiel te houden en de witte gebieden zijn voldoende koud blootgesteld oppervlakte-ijs om stabiel te zijn. De resultaten van het thermische model voorspellen de aanwezigheid van oppervlakte- en ondergronds waterijs op dezelfde locaties waar ze worden waargenomen door op aarde gebaseerde radar- en MLA-waarnemingen. Credit: NASA / UCLA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Volgens Paige is het donkere materiaal waarschijnlijk een mix van complexe organische verbindingen die aan Mercurius worden geleverd door de impact van kometen en vluchtige asteroïden, dezelfde objecten die waarschijnlijk water naar de binnenste planeet hebben gebracht. Het organische materiaal is mogelijk verder verduisterd door blootstelling aan de harde straling aan het oppervlak van Mercurius, zelfs in permanent beschaduwde gebieden.
Dit donkere isolerende materiaal is een nieuw en intrigerend stuk van het verhaal van Mercurius dat MESSENGER probeert te ontrafelen, zei Solomon, en roept vragen op over welke soorten organische stoffen daar te vinden zijn. Solomon voegde eraan toe dat Mercurius nu een interessant object kan worden voor de astrobiologie, maar zei in niet mis te verstane bewoordingen dat geen van de wetenschappers denkt dat er leven op Mercurius is. Dit zou echter informatie kunnen opleveren over de opkomst van organische stoffen op aarde.
Bovendien zei de wetenschapper dat er geen kans is op vloeibaar water op Mercurius, ook al zouden de temperaturen in sommige regio's bevorderlijk zijn voor vloeibaar water. Maar zonder atmosfeer op Mercurius, zou water niet lang blijven hangen. 'Het zou heel snel ijs of damp zijn', zei Paige.
Dit schema van de baan van MESSENGER illustreert enkele van de uitdagingen bij het verkrijgen van waarnemingen van het noordpoolgebied van Mercurius. Credit: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Solomon zei dat het verkrijgen van deze metingen niet gemakkelijk en niet snel was. "Zelfs op de hoogste breedtegraden die MESSENGER heeft bereikt, moet het ruimtevaartuig in een schuine hoek kijken om naar de noordpoolgebieden te kijken", zei hij.
Tijdens zijn primaire orbitale missie bevond MESSENGER zich in een baan van 12 uur en bevond zich op een hoogte tussen 244 en 640 km op het noordelijkste punt van zijn traject. Sinds april 2012 bevindt MESSENGER zich in een baan van 8 uur, zoals hierboven weergegeven, en bevond zich op een hoogte tussen 311 en 442 km op het noordelijkste punt van zijn traject. Zelfs vanuit deze hoge breedtegraden vullen de polaire afzettingen van Mercurius slechts een klein deel van het gezichtsveld van veel van de instrumenten van MESSENGER.
Maar ondanks de uitdagingen, zei Solomon, hebben de anderhalf jaar MESSENGER in een baan om de aarde nu duidelijke resultaten opgeleverd.
Bronnen: MESSENGER, NASA
