На поверхні Меркурія може бути лише 37% діоксиду кремнію

Поверхня Меркурія може бути значно біднішою на діоксид кремнію (SiO₂), ніж припускали попередні моделі. Нове дослідження оцінює частку SiO₂ у силікатній поверхні планети приблизно у 37% за масою — проти попередніх оцінок близько 49–60%.140

Якщо цей результат підтвердиться, він свідчитиме про вулканічні породи, що утворилися внаслідок надзвичайно гарячого й масштабного плавлення надр Меркурія. Водночас є важливе застереження: планета формувалася в умовах гострої нестачі кисню, тому частина кремнію могла залишитися не у формі діоксиду кремнію, а в металевому вигляді або у складі карбіду кремнію.3342

Як визначали склад поверхні Меркурія

Жоден космічний апарат не сідав на Меркурій для безпосереднього аналізу гірських порід, а зразків його поверхні на Землі немає. Тому дослідники застосували непрямий інфрачервоний метод, заснований на функції Крістіансена — характерному максимумі випромінювальної здатності матеріалу. Його положення змінюється залежно від вмісту діоксиду кремнію в силікатах.130

Спочатку команда виміряла в лабораторії скляні кульки з хімічним складом, близьким до складу планетарних поверхонь. Так дослідники встановили емпіричний зв’язок між довжиною хвилі функції Крістіансена та кількістю SiO₂ у склі.

Потім цю калібровку застосували до інфрачервоних спостережень Місяця з високою просторовою роздільною здатністю. Отриману карту порівняли зі зразками, доставленими на Землю місіями Apollo, Luna та Chang’e. Місячний матеріал став незалежною перевіркою методу перед його застосуванням до телескопічних спостережень Меркурія.1

Отже, показник 37% — це не прямий хімічний аналіз ґрунту. Точніше його слід розуміти як приблизний еквівалентний вміст SiO₂ у силікатах, виведений з інфрачервоного сигналу поверхні.

Що низький вміст SiO₂ говорить про Меркурій

Настільки бідна на кремнезем поверхня підтримує більш екстремальну картину вулканічної історії Меркурія. Великі гладкі рівнини планети, ймовірно, сформувалися внаслідок вулканізму.3637 Щоб утворити лави з таким низьким вмістом SiO₂, мантія могла плавитися значно сильніше, глибше й за вищої температури, ніж передбачають традиційні моделі.140

У такому разі сучасна поверхня Меркурія зберігає сліди особливо інтенсивного раннього етапу диференціації планети та вулканічної активності. Однак саме число 37% не визначає однозначно температуру мантії, глибину плавлення чи конкретний геологічний сценарій. Висновки залежать від того, наскільки лабораторні силікатні скла відповідають хімічно незвичайній поверхні Меркурія.

Можливе пояснення: кремній не весь перетворився на SiO₂

Меркурій — одна з найбільш відновлених, тобто сформованих в умовах дефіциту кисню, планет земного типу. Спостереження вказують на високий вміст сірки та відносно низький вміст заліза й кисню.334244

За таких умов увесь кремній не обов’язково має бути зв’язаний із киснем. Частина його могла існувати у відновлених формах — наприклад, як металевий кремній або карбід кремнію. Такі фази здатні змінювати інфрачервоний сигнал і створювати враження, ніби силікатна поверхня містить незвично мало SiO₂.40

Це важливо для правильної інтерпретації гучної цифри. Дослідження не доводить, що лише 37% усієї кремнійвмісної речовини Меркурія є діоксидом кремнію. Йдеться про низьку оцінку силікатного вмісту SiO₂ за умов, закладених у використану калібровку.

Як BepiColombo перевірить висновки

Місія BepiColombo Європейського космічного агентства (ESA) та Японського агентства аерокосмічних досліджень (JAXA) наближається до етапу, який може розв’язати цю проблему. Відокремлення модуля транспортування до Меркурія (MTM) заплановане на 3 вересня 2026 року, а початок процедури виходу на орбіту планети — на 21 листопада 2026 року.1724 Повноцінні наукові спостереження мають розпочатися у квітні 2027 року.26

Прилад MERTIS на борту BepiColombo працюватиме в тепловому інфрачервоному діапазоні, зокрема в спектральній області, де проявляється функція Крістіансена.30 На відміну від попередніх спостережень, що давали усереднений сигнал усього диска Меркурія, MERTIS має пов’язати інфрачервоні характеристики з окремими регіонами та геологічними структурами.

Це допоможе з’ясувати:

• чи справді низький розрахунковий вміст SiO₂ характерний для більшої частини поверхні Меркурія;
• чи відрізняється він між вулканічними рівнинами, сильно кратерованими ділянками та іншими геологічними районами;
• чи свідчать регіональні закономірності про незвично глибоке плавлення мантії;
• чи вказують сукупні дані про елементарний і мінералогічний склад на те, що частина кремнію зберігається у відновлених металевих або карбідних фазах.

Поки ці вимірювання не виконано, найобережніший, але важливий висновок такий: вулканічна поверхня Меркурія може бути набагато менш багатою на кремнезем, ніж вважали. Це може вказувати на надзвичайно гарячу й глибоко проплавлену мантію, ще більш незвичну відновлену хімію планети — або на поєднання обох чинників.