In 2012 ontdekten wetenschappers tot hun genoegen dat er in de poolgebieden van Mercurius enorme hoeveelheden waterijs werden gedetecteerd. Hoewel het bestaan van waterijs in dit permanent beschaduwde gebied al ongeveer 20 jaar het onderwerp van speculatie was, werd dit pas bevestigd nadat het ruimtevaartuig Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry en Ranging (MESSENGER) het poolgebied had bestudeerd. .
Op basis van de MESSENGER-gegevens werd geschat dat Mercurius aan beide polen tussen 100 miljard en 1 biljoen ton waterijs zou kunnen bevatten en dat het ijs op sommige plaatsen tot 20 meter diep kon zijn. Een nieuwe studie door een team van onderzoekers van de Brown University geeft echter aan dat er in het noordpoolgebied nog drie extra grote kraters en nog veel kleinere kunnen zijn die ook ijs bevatten.
De studie, getiteld "New Evidence for Surface Water Ice in Small-Scale Cold Traps and in Three Large Craters at the North Polar Region of Mercury from the Mercury Laser Altimeter", werd onlangs gepubliceerd in de Geofysische onderzoeksbrieven. Onder leiding van Ariel Deutsch, een NASA ASTAR Fellow en een promovendus aan de Brown University, overwoog het team hoe kleinschalige afzettingen de totale hoeveelheid ijs op Mercurius dramatisch konden verhogen.
Ondanks dat het de planeet is die het dichtst bij de zon staat en last heeft van verzengende oppervlaktetemperaturen aan de zonzijde, betekent de lage axiale kanteling van Mercurius dat de poolgebieden permanent in de schaduw liggen en gemiddelde temperaturen van ongeveer 200 K (-73 ° C; -100 °) ervaren. F). Het idee dat ijs in deze regio's zou kunnen bestaan, dateert uit de jaren negentig, toen op aarde gebaseerde radartelescopen sterk reflecterende plekken in de poolkraters ontdekten.
Dit werd bevestigd toen het MESSENGER-ruimtevaartuig neutronsignalen van de noordpool van de planeet detecteerde die consistent waren met waterijs. Sinds die tijd was het de algemene consensus dat het oppervlakte-ijs van Mercurius beperkt was tot zeven grote kraters. Maar zoals Ariel Deutsch uitlegde in een persverklaring van de Brown University, probeerden zij en haar team verder te kijken:
“Aangenomen is dat oppervlakte-ijs op Mercurius voornamelijk in grote kraters voorkomt, maar we tonen ook bewijs voor deze kleinere afzettingen. Het toevoegen van deze kleinschalige afzettingen aan de grote afzettingen in kraters draagt aanzienlijk bij aan de oppervlakte-ijsvoorraad op Mercurius. ”
In het belang van deze nieuwe studie werd Deutsch vergezeld door Gregory A. Neumann, een onderzoeker van het Goddard Space Flight Center van NASA, en James W. Head. Naast professor aan de afdeling Aard-, Milieu- en Planetaire Wetenschappen van Brown, was Head ook co-onderzoeker voor de MESSENGER- en de Lunar Reconnaissance Orbiter-missies.
Samen onderzochten ze gegevens van het MESSENGER Mercury Laser Altimeter (MLA) -instrument. Dit instrument werd door MESSENGER gebruikt om de afstand tussen het ruimtevaartuig en Mercurius te meten, en de resulterende gegevens werden vervolgens gebruikt om gedetailleerde topografische kaarten van het oppervlak van de planeet te maken. Maar in dit geval werd de MLA gebruikt om oppervlaktereflectie te meten, wat duidde op de aanwezigheid van ijs.
Als instrumentenspecialist bij de MESSENGER-missie was Neumann verantwoordelijk voor het kalibreren van het reflectantiesignaal van de hoogtemeter. Deze signalen kunnen variëren op basis van het feit of de metingen van bovenaf of onder een hoek worden uitgevoerd (naar de laatste wordt verwezen als "off-nadir" -metingen). Dankzij de aanpassingen van Neumann konden onderzoekers hoogreflecterende afzettingen detecteren in nog drie grote kraters die consistent waren met waterijs.
Volgens hun schattingen zouden deze drie kraters ijskappen kunnen bevatten van ongeveer 3.400 vierkante kilometer (1313 mi²). Daarnaast heeft het team ook gekeken naar het terrein rondom deze drie grote kraters. Hoewel deze gebieden niet zo reflecterend waren als de ijskappen in de kraters, waren ze helderder dan de gemiddelde oppervlaktereflectie van de Mercury.
Daarnaast keken ze ook naar hoogtemetergegevens om bewijs te zoeken voor kleinere afzettingen. Wat ze vonden waren vier kleinere kraters, elk met een diameter van minder dan 5 km (3 mijl), die ook meer reflecterend waren dan het oppervlak. Hieruit leidden ze af dat er niet alleen meer grote ijsafzettingen waren die voorheen niet waren ontdekt, maar waarschijnlijk ook veel kleinere "koude vallen" waar ijs ook kon bestaan.
Tussen deze drie nieuw ontdekte grote afzettingen en wat honderden kleinere afzettingen zouden kunnen zijn, zou het totale ijsvolume op Mercurius aanzienlijk meer kunnen zijn dan we eerder dachten. Zoals Deutsch zei:
“We suggereren dat deze verbeterde reflectie-signatuur wordt aangedreven door kleinschalige ijsvlakken die verspreid zijn over dit terrein. De meeste van deze patches zijn te klein om afzonderlijk op te lossen met het hoogtemeterinstrument, maar ze dragen collectief bij tot de algehele verbeterde reflectie ... Deze vier waren precies degene die we konden oplossen met de MESSENGER-instrumenten. We denken dat er waarschijnlijk nog veel, veel meer zijn, variërend in afmetingen van een kilometer tot enkele centimeters. ”
In het verleden bevestigden studies van het maanoppervlak ook de aanwezigheid van waterijs in de kraterige poolgebieden. Nader onderzoek wees uit dat buiten de grotere kraters ook kleine "cold traps" ijs kunnen bevatten. Volgens sommige modellen zou het in rekening brengen van deze kleinere afzettingen de schattingen van de totale hoeveelheden ijs op de maan effectief kunnen verdubbelen. Vrijwel hetzelfde zou voor Mercurius kunnen gelden.
Maar zoals Jim Head (die ook als Deutsch Ph.D.-adviseur voor deze studie diende) aangaf, voegt dit werk ook een nieuwe kijk toe op de kritische vraag waar water in het zonnestelsel vandaan kwam. 'Een van de belangrijkste dingen die we willen begrijpen, is hoe water en andere vluchtige stoffen worden verspreid door het innerlijke zonnestelsel - inclusief de aarde, de maan en onze planetaire buren', zei hij. "Deze studie opent onze ogen voor nieuwe plaatsen om naar water te zoeken, en suggereert dat er veel meer op Mercurius zit dan we dachten."
Naast het feit dat het zonnestelsel mogelijk wateriger is dan eerder werd vermoed, heeft de aanwezigheid van overvloedig ijs op Mercurius en de maan de voorstellen voor het bouwen van buitenposten op deze lichamen versterkt. Deze buitenposten zouden in staat kunnen zijn om lokale afzettingen van waterijs om te zetten in brandstof voor hydrazine, wat de kosten van het opzetten van langeafstandsmissies in het hele zonnestelsel drastisch zou verlagen.
Aan de minder speculatieve kant van de dingen biedt deze studie ook nieuwe inzichten in hoe het zonnestelsel is gevormd en geëvolueerd. Als er tegenwoordig veel meer water is dan we wisten, zou dit erop wijzen dat er meer aanwezig was tijdens de vroege tijdperken van de planetaire vorming, vermoedelijk toen het door het zonnestelsel werd verspreid door asteroïden en kometen.
