Powierzchnia Merkurego może zawierać zaledwie 37% dwutlenku krzemu

Powierzchnia Merkurego może być znacznie uboższa w dwutlenek krzemu, niż zakładano. Nowe badanie szacuje zawartość SiO₂ na około 37% masy krzemianowej powierzchni, podczas gdy wcześniejsze oceny wynosiły mniej więcej 49–60%.140 Jeśli wynik się potwierdzi, będzie wskazywał na skały wulkaniczne powstałe w wyniku niezwykle intensywnego topnienia głęboko we wnętrzu planety. Jest jednak ważne zastrzeżenie: Merkury uformował się w warunkach skrajnie ubogich w tlen, dlatego część krzemu może występować nie jako dwutlenek krzemu, lecz w postaci metalu albo węglika.3342

Jak oszacowano zawartość krzemionki

Żadna sonda nie wylądowała dotąd na Merkurym, by bezpośrednio zbadać jego skały, a na Ziemię nie sprowadzono próbek z tej planety. Naukowcy musieli więc zastosować metodę pośrednią opartą na podczerwieni i tak zwanej cesze Christiansena — charakterystycznym maksimum emisyjności, którego położenie zmienia się wraz z zawartością dwutlenku krzemu w materiałach krzemianowych.130

Najpierw zespół zbadał laboratoryjne szklane kulki o składzie odpowiadającym materiałom spotykanym na powierzchniach ciał planetarnych. Pomiary pozwoliły ustalić empiryczną zależność między długością fali cechy Christiansena a ilością SiO₂ w szkle. Następnie badacze zastosowali tę kalibrację do wysokorozdzielczych obserwacji podczerwonych Księżyca. Mogli porównać otrzymaną mapę z próbkami przywiezionymi przez misje Apollo, Luna i Chang’e, sprawdzając w ten sposób, czy metoda działa, zanim wykorzystali ją do analizy teleskopowych obserwacji Merkurego.1

Otrzymanego wyniku nie należy traktować jak bezpośredniej analizy chemicznej. To przybliżona wartość równoważnej zawartości SiO₂ w krzemianach, wywnioskowana z sygnału podczerwonego powierzchni planety.

Co może oznaczać 37% SiO₂

Tak uboga w krzemionkę powierzchnia wspierałaby bardziej ekstremalny obraz wulkanicznej historii Merkurego. Rozległe gładkie równiny planety pokrywają duże obszary i powszechnie uważa się, że powstały w wyniku wulkanizmu.3637 Wytworzenie law o tak niskiej zawartości krzemionki mogło wymagać wyjątkowo wysokiego stopnia częściowego topnienia płaszcza — gorętszego i topiącego się głębiej, niż przewidują konwencjonalne modele.140

Wynik łączyłby więc dzisiejszą powierzchnię Merkurego z niezwykle intensywnym okresem jego wczesnego różnicowania i aktywności wulkanicznej. Nie wskazuje jednak jednoznacznie konkretnej temperatury płaszcza, głębokości topnienia ani jednego przebiegu procesów geologicznych. Wnioski zależą od tego, na ile laboratoryjne szkła wykorzystane w kalibracji odpowiadają chemicznie nietypowej powierzchni Merkurego.

Możliwa alternatywa: krzem nie musi występować jako SiO₂

Merkur należy do najbardziej zredukowanych chemicznie planet skalistych. Pomiary wykazały wysoką zawartość siarki oraz stosunkowo niską zawartość żelaza i tlenu, co wskazuje na powstawanie w warunkach niedoboru tlenu.334244

W takim środowisku cały krzem nie musi być związany z tlenem. Część może występować w zredukowanych formach, takich jak krzem metaliczny albo węglik krzemu. Fazy te mogą zmieniać sygnał podczerwony w sposób przypominający powierzchnię krzemianową o wyjątkowo małej zawartości SiO₂.40

To ważne dla interpretacji nagłówkowej liczby. Badanie nie dowodzi, że zaledwie 37% wszystkich materiałów zawierających krzem na Merkurym stanowi dwutlenek krzemu. Wskazuje raczej na niską zawartość krzemionki w krzemianach powierzchni, oszacowaną przy założeniach przyjętych w kalibracji.

BepiColombo pomoże rozstrzygnąć niepewność

Misja BepiColombo, realizowana wspólnie przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) i japońską agencję JAXA, zbliża się do etapu, który może zweryfikować te wnioski. Odłączenie modułu transportowego Mercury Transfer Module zaplanowano na 3 września 2026 roku, a rozpoczęcie procedury wejścia na orbitę Merkurego na 21 listopada 2026 roku.1724 Pełne działania naukowe mają rozpocząć się w kwietniu 2027 roku.26

Instrument MERTIS będzie obserwował Merkurego w zakresie podczerwieni termicznej, obejmującym między innymi obszar widma, w którym znajduje się cecha Christiansena.30 W przeciwieństwie do wcześniejszych obserwacji obejmujących tarczę planety jako całość, MERTIS powinien umożliwić powiązanie pomiarów podczerwonych z konkretnymi regionami i jednostkami geologicznymi.

Dane z sondy pomogą odpowiedzieć na kilka kluczowych pytań:

• Czy niska szacowana zawartość SiO₂ jest typowa dla całej powierzchni Merkurego?
• Czy różni się między równinami wulkanicznymi, terenem usianym kraterami i innymi jednostkami geologicznymi?
• Czy regionalne wzorce przemawiają za wyjątkowo głębokim topnieniem płaszcza?
• Czy połączenie danych podczerwonych z pomiarami pierwiastków i minerałów wskaże, że część krzemu jest przechowywana w zredukowanych fazach metalicznych lub węglikowych?

Do czasu uzyskania tych pomiarów najbardziej uzasadniony pozostaje ostrożny, ale istotny wniosek: wulkaniczna powierzchnia Merkurego może być znacznie mniej bogata w krzemionkę, niż zakładano. Może to oznaczać wyjątkowo gorący i intensywnie stopiony płaszcz, jeszcze bardziej niezwykłą chemię związaną z niedoborem tlenu albo połączenie obu tych czynników.