Barví prach z komet Merkur načerno?

Astronomové si již dlouhou dobu pokládají otázku, proč je povrch nejmenší a nejvnitřnější planety naší Sluneční soustavy tak temný. Až do nynějška neexistovalo žádné uspokojivé vysvětlení této zajímavé skutečnosti. Nyní možná vědci přišli na nové vysvětlení, proč tomu tak je. Studie byla zveřejněna v časopise Nature Geoscience. Vědci zde naznačují že za vše může poprašek uhlíku z prolétávajících komet, který „barvil“ Merkur na černo po miliardu let.

Tmavá barva Merkuru s nízkým albedem je pro vědce již dlouhou dobu záhadou. Merkur je dokonce mnohem tmavší než jeho nejbližší těleso bez detekovatelné atmosféry, náš Měsíc. Nejčastější příčinou pro zatemnění těles bez atmosféry je v zásadě přítomnost železa, které se na povrch dostane prostřednictvím dopadu mikrometeoritů či slunečního větru. Tyto procesy pak vytvářejí na povrchu tenkou vrstvu tmavých nanočástic železa.

Spektroskopická data však ukazují, že povrch Merkuru obsahuje velmi malé množství železa, dokonce méně než je ho na Měsíci. Přesto je jeho barva černá. Proto zde musí být materiál odlišný od železa, který způsobuje tuto barva na Merkuru.

Autoři nového výzkumu navrhují místo železa uhlík. Ten by mohl zatemnit povrch Merkuru dostatečně. Dobře, ale proč by mělo být více uhlíku na Merkuru než na Měsíci? Vysvětlení autorů je založeno na dvou pozorování:

• Komety se skládají v průměru kolem 18% z uhlíku.
• Počet dopadů komet na jednotku plochy povrchu planety se snižuje nepřímo úměrně klesající vzdálenosti od Slunce. Čím blíže se planeta Slunci nachází, tím stoupá gravitační vliv Slunce, které si díky své mnohonásobně větší hmotnosti tyto komety „přitahuje“ k sobě.

Když se komety nacházejí poblíž Merkuru, tedy v blízkosti Slunce, začínají se často rozpadat. To znamená, že Merkur je neustále vystaven bombardování materiálem z rozpadajících se komet, který obsahuje vysoký podíl uhlíku.

Vědci prováděli také modelace bombardování Merkuru a odhady počtu mikrometeoritů. Ty pomáhají odhadnout, jak často tento kometární odpad dopadá na Merkur, jak moc uhlíku se na povrchu udrží a  kolik se vrací zpět do vesmíru. Výpočty naznačují, že povrch planety by měl za dobu bombardování (miliardy let) obsahovat 3 až 6 hmotnostních procent uhlíku.

Vzhledem k množství impaktního materiálu zanechaného na Merkuru se autoři domnívají, že větší množství dopadů meteoritů obohatilo povrch Merkuru o více uhlíku než je tomu u  Měsíce. Autoři studie však uvažovali pouze o velmi malých meteoritech – zvaných mikrometeority – u kterých předpokládali konstantní kulovitou velikost o průměru 2,5 mm a konstantní rychlost 20 km/s.

Ano, jedná se o drastické zjednodušení, meteoroidy mají přece různé velikosti a také vyšší rychlosti. Autoři studie si jsou toho vědomi, ale argumentují tím, že větší objekty mají vyšší rychlosti a proto nebudou zachyceny gravitačním polem Merkuru. Vliv větších objektů je tedy zanedbatelný a dominantními objekty pro dopad jsou tedy mikrometeority.

Jak můžete vidět na obrázku 1, odrazivost světla od povrchu obou materiálů je výrazně nižší, je-li přítomen uhlík a hodnoty jsou v souladu s nejtmavšími oblastmi na Merkuru.

Další částí práce bylo zjistit, jak velké ztmavení může být očekáváno ze všech těchto dopadů materiálu bohatého na uhlík. S tímto problémem se výzkumníci obrátili na NASA, na oddělení Ames Vertical Gun Range, které se zabývalo výzkumem Měsíce např. v průběhu mise Apollo. Vědci z AVGR střílejí projektily do materiálu podobného tomu měsíčnímu, smíchaného s organickými látkami, případně bez těchto organických látek. Když je náboj vystřelen do materiálu s organickými látkami, teplo vyvolané dopadem způsobuje tvorbu uhlíku.

Autoři testovali svou ideu metodou Monte Carlo (třída algoritmů pro simulaci systémů), díky níž vypočetli procentuální pravděpodobnost udržení meteoritů na Měsíci a na Merkuru při různých úhlech dopadu na povrch těchto těles.

Na obrázku 2 můžete vidět pravděpodobnost pro různé úhly dopadu mikrometeoritů a hmotnostní zlomek částic, které na povrchu Merkuru zůstanou.

Dopadající tělesa (mikrometeority) jsou řešeny jako několik buněk mřížky v kódu algoritmu. 

Pokles při sklonu dopadu 30^o ukazuje, že při tomto úhlu mají mikrometeority vyšší dopadovou energii než při jiných úhlech dopadu.

Výsledky jsou také podobné pro stopové částice, které následují pohyb mikrometeoritů během simulace. Autoři vysvětlují změny pro sklon 15^o asymetrickými šokovými podmínkami při dopadu na povrch, které jako takové způsobují, že určitá část hmoty nezůstane na povrchu. Nicméně tento proces – na rozdíl od první metody – neřeší mapování mikrometeoritů jako samostatných objektů podle pohybu stopových částic. 

Závěr

Z výzkumu je vidět, že dostatečné množství hmoty z impaktního tělesa zůstává na povrchu (v průměru 83%  na Merkuru a 63% na Měsíci) a autoři tedy došli k závěru, že přibližně 50 krát více mikrometeoritů bohatých na uhlík dopadá na Merkur než na Měsíc. Dopady mikrometeoritů tedy s největší pravděpodobností mohou způsobit ztmavnutí Merkuru. Jinými slovy: barva padajících kamenů je černá.

Zdroj:

http://astrobites.org

http://phys.org/news

autor: Sylvie Gorková