Астрономы обнаружили первые свидетельства наличия лития в экзосфере Меркурия. Это стало возможно благодаря новому методу, основанному на анализе электромагнитных волн, а не традиционным наблюдениям за частицами.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications (DOI:10.1038/s41467-025-61516-4), проведено под руководством Даниэля Шмида и его команды из Австрийской академии наук. В работе описывается, как с помощью анализа данных о магнитных полях космического аппарата MESSENGER были обнаружены скрытые сигналы, свидетельствующие о временном присутствии лития на ближайшей к Солнцу планете.
Определение лития по его магнитному «отпечатку»
Экзосфера Меркурия — это чрезвычайно тонкий атмосферный слой, состоящий из атомов и ионов, высвобождаемых с поверхности планеты. Из-за низкой плотности традиционные методы обнаружения с трудом выявляют менее распространённые элементы. До сих пор литий оставался неуловимым — его присутствие предполагалось, но никогда не подтверждалось напрямую.
Команда Шмида использовала метод, основанный на «циклотронных волнах захвата ионов» (ICWs) — специфическом электромагнитном паттерне, возникающем при взаимодействии недавно ионизированных атомов с солнечным ветром.
«Во время нашего исследования данных о магнитном поле MESSENGER мы обнаружили сигнатуры волн захвата ионов, которые можно было отнести к свежеионизированному литию», — сказал Шмид в интервью Phys.org.
Этот метод основан на том, как ионизированные частицы колеблются на частотах, уникальных для их отношения массы к заряду, создавая, по сути, магнитную «подпись», которую исследователи могут выделить.
«Ионы захвата создают волны на характерных частотах, что позволяет нам определить их присутствие по магнитным сигнатурам», — пояснил Шмид. Такой подход позволил учёным обнаружить двенадцать отдельных событий за четырёхлетний период, каждое из которых длилось всего несколько минут.
Удары метеороидов как скрытый механизм высвобождения лития
Особенно интересным было то, что обнаружение лития было спорадическим и кратковременным. Исследователи методично исключили более медленные механизмы, такие как солнечный нагрев или эрозия под действием солнечного ветра, и пришли к выводу, что единственным правдоподобным триггером являются высокоскоростные удары метеороидов.
Когда микрометеороиды врезаются в Меркурий со скоростью около 110 км/с, высвобождаемой энергии достаточно, чтобы испарить как сам метеороид, так и часть поверхности Меркурия, создавая высокотемпературные шлейфы, которые могут выбрасывать атомы лития в экзосферу.
«Это открытие предполагает, что поверхность Меркурия обогащена летучими элементами благодаря непрерывным метеоритным ударам, которые также способствуют их выбросу в экзосферу и в космос», — сказал Шмид.
Эти удары не только доставляют новые элементы, но и активируют и выбрасывают существующие поверхностные материалы, высвобождая летучие соединения, такие как литий, в космическую среду Меркурия.
Новая глава в истории летучих веществ на Меркурии
Это открытие противоречит давно устоявшимся представлениям о формировании Меркурия. Необычайно высокая плотность планеты и массивное железное ядро привели учёных к предположению, что она образовалась в условиях экстремального тепла, возможно, после колоссального столкновения, которое лишило её большинства летучих веществ.
Однако MESSENGER ранее обнаружил такие элементы, как натрий, калий и водород, что предполагает более богатую и сложную геохимическую историю. Присутствие лития, теперь связанного с внешними доставками и испарением с поверхности, добавляет ещё один кусочек в эту головоломку.
«Ни детекторы частиц на борту Mariner 10 и MESSENGER, ни наземные телескопы не могли подтвердить наличие лития, несмотря на ожидания его существования на основе обнаружения других летучих элементов», — подчеркнул Шмид. Это подчёркивает важность альтернативных методов обнаружения в планетологии.
Данные о магнитном поле, которые долгое время хранились в архивах, но использовались недостаточно, теперь раскрывают неожиданную химическую сложность на изрезанной поверхности Меркурия.