Merkür’deki en eski atmosfer

Merkür en sıra dışı gezegendir. Güneş sistemindeki en küçük gezegen ve güneşe en yakın gezegen, 3:2 spin rezonansında, yavaşça dönüyor ve 430 santigrat dereceye kadar kavurucu ısı ve gece tarafı -170 santigrat dereceye kadar soğuk . Dünya’ya kıyasla çok daha büyük demir açısından zengin çekirdeği nedeniyle, güneş sistemindeki en yüksek ikinci ortalama yoğunluğa sahip, Dünya’nın sadece yüzde 1,5 altında. Güneşe olan yakınlığına rağmen, Merkür’ün yüzeyi şaşırtıcı bir şekilde sodyum ve kükürt gibi uçucu elementler açısından zengin bulundu.

Özellikle, gezegenin demir açısından zengin bir çekirdeğe ve kayalık mantoya (çekirdek ile kabuk arasındaki jeolojik bölge) ayrılması, Merkür’ün oluşumunun erken dönemlerinde bir magma okyanusuna sahip olduğunu göstermektedir. Herhangi bir sıvı gibi, bu okyanus da buharlaşacaktı, ancak Merkür durumunda, sıcaklıklar muhtemelen o kadar yüksekti ki, buhar sudan değil, kayadan oluşuyordu. Yayınlanan yeni bir çalışmada Gezegen Bilimi Dergisi, Noah Jäggi ve meslektaşları, bu magma okyanusunun yüzeyinin buharlaşmasının nasıl bir atmosfer oluşturacağını modellediler ve atmosferdeki kayıpların Merkür’ün bileşimini değiştirip değiştiremeyeceğini belirleyerek, sodyum gibi orta derecede uçucu elementlerin Merkür’ün yüzeyinde neden biriktiğine dair açık bir soruyu ele aldılar. Bern Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisi olan Jäggi, Phys.org’a verdiği demeçte, sonuçların şaşırtıcı olduğunu söyledi.

Arizona Eyalet Üniversitesi’nde Dünya ve Uzay Araştırmaları Okulu müdürü Lindy Elkins-Tanton, erken gezegensel magma okyanuslarının olağandışı olmadığını açıkladı. “Bütün kayalık gezegenlerin oluşurken bir veya daha fazla – belki birkaç – magma okyanusu olduğunu düşünüyoruz. Gezegen oluşumunun sonuna doğru yığılmanın etkileri tam o kadar enerjiktir; gezegenleri bir derinliğe kadar eriteceklerdir.”

Erken güneş sistemi, uçan kayalar, büyük çarpışmalar ve ağır bombardımanlarla dolu, kaba ve aktif bir yerdi. Bu olayların ürettiği ısı, radyoaktif bozunma ve Merkür’ün demir açısından zengin çekirdeğinin yerçekimi ayarının ürettiği ısıya ek olarak, gezegenin yüzeyini ve içini erimiş halde tuttu. Modeller, bu süreçlerin yüzey sıcaklığının yaklaşık 2.400 K (3.860 derece Fahrenheit) yükselmesine neden olduğunu gösteriyor. Buharlaşma ve ardından atmosferik kayıp Merkür’ün yapısını değiştirebilir mi?

Jäggi ve ekibi, bazı bilim adamlarının varsaydığı gibi, biri bugünkünden daha büyük olan Merkür için iki başlangıç ​​boyutu ve dört olası magma okyanusu bileşimi varsaydılar. Karbondioksit, karbon monoksit, hidrojen (H2) ve su gibi uçucu türler magmada çözünür ve basınç düştüğünde gaz olarak kaçabilir. Silisyum, sodyum veya demir gibi nispeten uçucu olmayan, kaya oluşturan elementler, yalnızca erken magma okyanusunda var olduğu düşünülen çok yüksek sıcaklıklarda silikon monoksit (SiO) gibi gazlar olarak var olabilir. Uçucu ve uçucu olmayan gaz türleri arasındaki fark, belirli bir sıcaklık için uçucu türlerin uçucu olmayanlardan çok daha büyük denge buhar basınçlarına sahip olmasıdır. Bu, ikisi bir arada bulunduğunda atmosferin atmosfer-magma yüzeyinde uyguladığı basınçtır.

Araştırma ekibi, okyanustan atmosfere buharlaşmanın etkisini ve atmosferik kimyasal ve fiziksel süreçleri hesaba kattıktan sonra, atmosferden uzaya ya da gezegene geri dönen kütle kaybını belirlemek için birleştirilmiş bir iç-atmosferik model çalıştırdı. Bu sırada gezegen soğuyordu. Sıvı magma 1.700 K’da (2.600 Fahrenhayt derece) kristalleşmeye başlar, bu da Jäggi tarafından kullanılan 1.500 K’yi yüzey eriyiğinin ömrü için iyi bir yaklaşım yapar ve Merkür’ün magma okyanusunun neden olduğu kütle kaybının son noktasını belirler.

Hem uçucu hem de uçucu olmayan durumda, magma okyanusu atmosferi sağlamak için buharlaşır. Moleküller atmosferden dört yoldan biriyle kaçabilir: yüklü parçacıkların güneş rüzgarından plazma ısıtması; üst atmosferin derinliklerinde güneşten gelen X-ışınları ve ultraviyole fotonlar gibi aşırı yüksek enerjili güneş fotonlarından atmosferik türlerin bir gaz çıkışı yaratarak (hidrodinamik kaçış olarak da adlandırılır); Kot pantolonlar, özellikle yüksek irtifa, yüksek hızlı, düşük kütleli moleküllerin başka bir moleküler çarpışmayla karşılaşmadan önce atmosferin tepesinden fırladığı yerde kaçış; ve yüksek enerjili fotonların çeşitli yollarla kaçan iyonlar ürettiği fotoiyonizasyon.

Takımın modeli, dört potansiyel kaçış mekanizmasından Jeans kaçışının ihmal edilebilir olduğunu, diğerlerinin ise Mercury’nin oluşum zamanlamasına ve ısıtma verimliliğiyle ilgili varsayımlara bağlı olarak saniyede 1 milyondan 4 milyar kilograma kadar kütle kayıplarına yol açtığını buldu. Jäggi, atmosferik türlerin ne kadar verimli ısıtıldığına ve erken güneş tarafından ne kadar radyasyon üretildiğine ve iletildiğine bağlı olarak, hidrodinamik kaçıştan gelen aralığın – “önemsizden baskın olana” olduğunu söyledi.

Ancak daha da önemlisi, test edilen çok farklı iki atmosferden (uçucu ve uçucu olmayan) toplam kütle kaybının oldukça benzer olduğu bulundu. Kütle kaybı göz önüne alındığında, modelin verimli iç-atmosfer kimyasal alışverişi için ortaya çıkan zaman ölçeği 10.000 yıldan daha azdı, bu da atmosferik kaçış süreçlerinin Merkür’ün ilk kütlesinin yalnızca yüzde 0,3’ünü veya 2,3 kilometreden daha az yer kabuğunu oluşturduğunu ima ediyor. (Merkür’ün bugünkü yarıçapı 2,440 km’dir.)

Bu nedenle, kümülatif kütle kaybı, magma okyanusu aşamasında Merkür’ün yığın manto bileşimini önemli ölçüde değiştirmemiş gibi görünüyor. Böylece, indüklenen sera etkisine bağlı olan soğuma süreleri, magma okyanusunun ömrü boyunca ne kadar malzeme kaybolduğunu belirledi.

Jäggi, Merkür’den kaynaklanan toplam atmosferik kütle kaybının önemsizliğinin, hidrodinamik kaçış bir yana şaşırtıcı olduğunu söyledi. “Bize, modellenmiş kayıp oranlarımız ve magma okyanusu yaşam sürelerimiz göz önüne alındığında, önemli miktarda birikemeyecekleri veya kaybedilemeyecekleri için, Merkür’ün yüzeyinde yüksek sodyum ölçümlerinin daha fazla olması gerektiğini söylüyor.” Sonuçlar, “yapı taşları tarafından sağlanan değişken bir bütçeyle” sıcak bir magma evresinde başlayan bir ötegezegen veya Dünya benzeri gezegen olan Ay’a genişletilebilir.

© 2021 Bilim X Ağı