Ученые смоделировали раннюю атмосферу Меркурия

Швейцарские и американские ученые смоделировали процессы, протекавшие на начальных этапах формирования Меркурия, и показали, что испарение с поверхности его раннего магматического океана должно было создать атмосферу, быстрая потеря которой могла существенно изменить первоначальный состав этой ближайшей к Солнцу планеты. Помимо этого удалось также ответить на вопрос, почему умеренно летучие элементы, в частности натрий, смогли скопиться в таком количестве на поверхности Меркурия. Результаты этих исследований были опубликованы в The Planetary Science Journal.

Ной Ягги, аспирант Бернского университета, и его коллеги показали, что первоначальная аккреция вещества на «планетный эмбрион», радиоактивный распад, ранние астероидные бомбардировки в Солнечной системе и тепло, генерируемое опусканием тяжелых элементов к ядру планеты за счет гравитации, должны были привести мантию и внутренности Меркурия в расплавленное состояние. Согласно построенным моделям, все эти процессы должны были повысить температуру поверхности примерно до 2400 К.

Летучие вещества, такие как углекислый газ CO2, монооксид углерода CO, водород H2 и вода H2O, первоначально растворенные в магме, просачивались к поверхности и улетучивались, образуя газовую оболочку Меркурия. Менее летучие породообразующие элементы, такие как кремний, натрий и железо, могли переходить в газообразное состояние вроде монооксида кремния SiO только при очень высоких температурах, которые, как считается, могли встречаться лишь в самом раннем магматическом океане. Разница между летучими и нелетучими веществами для той или иной температуры определяется тем, какое давление насыщенных паров над раствором необходимо для того, чтобы вещества могли покинуть раствор.

Исследовательская группа создала общую модель атмосферы и океана магмы для того, чтобы оценить эффект испарения из океана в атмосферу, а после учета химических и физических процессов, протекающих уже в атмосфере, — результирующую потерю газов из атмосферы либо в космос, либо при осаждении обратно на планету. Остывание планеты привело к тому, что жидкая магма начинала кристаллизоваться при температуре 1700 К, а где-то при 1500 К потери массы из-за испарения океана магмы Меркурия практически прекратились. По оценкам ученых, в ходе всех этих процессов атмосфера планеты теряла от 1 млн до 4 млрд кг вещества в секунду — в зависимости от времени образования Меркурия и предположений об эффективности его нагрева. За 10 тыс. лет планета таким образом потеряла около 0,3% своей начальной массы, существенно не изменив основной состав мантии Меркурия, существовавший на стадии магматического океана. Эти результаты с некоторыми оговорками могут быть распространены на Луну или на другие похожие экзопланеты.