Ο υδράργυρος ή η ομορφιά των γηρασμένων πλανητών

Η βραβευμένη με Όσκαρ Άννα Μανιάνι είπε κάποτε στον μακιγιέρ της:«Σε παρακαλώ μην κάνεις ρετούς τις ρυτίδες μου. Μου πήρε τη ζωή μου για να τα μεγαλώσω». [F1]  Κολυμπώντας κάπως αντίθετα στην παλίρροια, εκτιμούσε τις εξωτερικές εκδηλώσεις του γερασμένου σώματός της. Οι ρυτίδες και οι εκφράσεις του προσώπου μαρτυρούν τα χρόνια αλληλεπιδράσεων ενός ανθρώπου με το εξωτερικό.

Χαρτογραφούν τον τετραδιάστατο χώρο ενός σώματος και μιας ψυχής που γερνά ενώ περιηγούνται στον κόσμο σε μια δισδιάστατη επιφάνεια. Και οι επιφάνειες των πλανητών - τα πρόσωπά τους, όπως στο "πρόσωπο της Σελήνης" - μαρτυρούν παρομοίως την ιστορία τους, την ποικιλομορφία τους που αντανακλά το σχηματισμό κάθε αντικειμένου και την επακόλουθη εξέλιξη. Το εσωτερικό ηλιακό σύστημα έχει την εκπληκτικά όμορφη Γη, η νεαρή επιφάνειά της ανανεώνεται συνεχώς από την τεκτονική πλάκα και τη διάβρωση. Ο Άρης, του οποίου η επιφάνεια μπορεί κάποτε να είχε καλές συνθήκες για την ανάπτυξη της ζωής [π.χ., 1], τώρα μοιάζει με ένα αφιλόξενο, σκονισμένο μέρος. Η Αφροδίτη, κατ' αρχήν η δίδυμη της Γης, στην πράξη η κακιά αδερφή της με την κόλαση στην επιφάνειά της—462 βαθμοί Κελσίου (863 F) και την πίεση που βρίσκεις αν βουτήξεις κατευθείαν κάτω για σχεδόν ένα ολόκληρο χιλιόμετρο σε έναν από τους ωκεανούς της Γης. Έπειτα, υπάρχει ο Ερμής, ο μικρότερος και πιο άπιαστος πλανήτης, που περιφέρεται κοντά στον Ήλιο, κρύβεται πάντα στη λάμψη του και είναι δύσκολο να παρατηρηθεί από τη Γη.

Στη δεκαετία του εβδομήντα, το Mariner 10 ήταν το πρώτο διαστημόπλοιο που έστειλε εικόνες υψηλής ανάλυσης του Ερμή. Αυτό που είδαν οι επιστήμονες σε αυτές τις φωτογραφίες τους θύμιζε τη Σελήνη μας, έναν βραχώδη κόσμο χωρίς ουσιαστική ατμόσφαιρα, την άγονη επιφάνειά του, μια πληθώρα κρατήρων και ηφαιστειακών αποθέσεων.

Παρά τον περιορισμένο όγκο δεδομένων - το Mariner 10 έκανε μόνο τρεις πτήσεις με τον Ερμή κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων του - αυτά τα δεδομένα ήταν μια έκπληξη. Η επιφανειακή ομοιότητα μεταξύ της Σελήνης και του Ερμή - και οι δύο φαίνονταν εντελώς νεκροί χωρίς σημάδια γεωλογικής δραστηριότητας στο πρόσφατο παρελθόν - ήταν παραπλανητική. Το πιο απροσδόκητο εύρημα ήταν η ανίχνευση, από το μαγνητόμετρο στο Mariner 10, ενός μαγνητικού πεδίου πλανητικής κλίμακας. Ήταν το μαγνητικό πεδίο το αποτέλεσμα οργανωμένων κινήσεων στον υγρό πυρήνα του πλανήτη, όπως στην περίπτωση του μαγνητικού πεδίου της Γης; Ή ήταν απλώς ένα πεδίο φλοιού, όπως συμβαίνει με τον Άρη, όπου η παρατηρούμενη επιφανειακή μαγνήτιση ερμηνεύεται ως η καταγραφή ενός αρχαίου εσωτερικού πεδίου που δεν είναι πλέον ενεργό; Αυτές οι ερωτήσεις δεν μπόρεσαν να διευθετηθούν.

Το Mariner 10 απεικόνισε μόνο το 45% της επιφάνειας, το οποίο δεν ήταν απαραίτητα αντιπροσωπευτικό ολόκληρου του πλανήτη. Η σεληνιακή εγγύς πλευρά είναι αρκετά διαφορετική από τη σεληνιακή μακρινή πλευρά και για να εξηγηθεί αυτή η διχοτομία έχει προταθεί ένας συνδυασμός διεργασιών, συμπεριλαμβανομένων των κρούσεων, της αύξησης ενός φεγγαριού συντροφιάς και των τοπικών παραλλαγών στη σύνθεση [2, 3]. Ομοίως, το βόρειο ημισφαίριο του Άρη είναι εντελώς διαφορετικό από το νότιο ημισφαίριο, μια ανακάλυψη που εξηγείται επί του παρόντος με όρους γιγαντιαίας πρόσκρουσης [4].

Ήταν σαφές ότι ο Ερμής έπρεπε να ερευνηθεί περαιτέρω και η NASA έστειλε την αποκλειστική αποστολή Mercury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging (MESSENGER), η οποία περιφερόταν συνεχώς γύρω από τον πλανήτη μεταξύ 2011 και 2015. Πέρα από την αποκάλυψη νέων και απροσδόκητων πτυχών του Ερμή δείτε τον ιστότοπο της αποστολής για μια λίστα με τα κύρια ευρήματα [F2]), το MESSENGER απέδειξε ακόμη περισσότερο ότι η ομοιότητα του Ερμή με τη Σελήνη είναι παραπλανητική.

Παρά την παρόμοια εμφάνισή τους, η επιφάνεια του Ερμή αποδείχθηκε νεότερη από τη σεληνιακή επιφάνεια. Οι εκτιμήσεις για την ηλικία των συμπαγών πλανητικών επιφανειών βασίζονται στην καταμέτρηση κρατήρων, μια τεχνική που επιτρέπει σε κάποιον να συνδέσει τον αριθμό των κρατήρων που παρατηρούνται σε ένα δεδομένο τμήμα μιας επιφάνειας (μονάδα) με την ηλικία του. Η βασική ιδέα είναι ότι όσο παλαιότερη είναι μια μονάδα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των κρούσεων που την έχουν χτυπήσει με την πάροδο του χρόνου.

Οι παλαιότερες μονάδες στον Ερμή είναι ηλικίας 4,1 δισεκατομμυρίων ετών (Gyr), ενώ τα παλαιότερα σεληνιακά εδάφη είναι περίπου 4,4 Gyr [5] και το ίδιο το ηλιακό σύστημα είναι περίπου 4,5 Gyr. Η επιφάνεια του Ερμή, με άλλα λόγια, δεν δείχνει σημάδια των πρώτων 400 εκατομμυρίων ετών (Myr) της ιστορίας του. Τόσο οι μαζικές ηφαιστειακές εκρήξεις όσο και ο σχηματισμός μεγάλων λεκανών πρόσκρουσης μπορούν να επαναφέρουν την ηλικία μιας μονάδας καλύπτοντας ή/και διαγράφοντας το αρχείο προηγούμενων εποχών. Ένα καλό παράδειγμα που δείχνει αυτή τη διαδικασία είναι το Caloris, μια λεκάνη πρόσκρουσης πλάτους 1550 km (963 μίλια), η οποία είναι μία από τις μεγαλύτερες στο Ηλιακό Σύστημα.

Η ίδια η λεκάνη σχηματίστηκε πριν από περίπου 3,7 Gyr μετά από μια τεράστια πρόσκρουση που τοπικά αφαίρεσε και έλιωσε την κρούστα. Το εσωτερικό της λεκάνης περιέχει ένα ηφαιστειακό φύλλο τήξης (δηλαδή, ένα στρώμα παγωμένης λάβας) που είναι νεότερο από την ίδια τη λεκάνη κατά περίπου 100 έως 200 Myr. Έτσι, αφού σχηματίστηκε η λεκάνη, το τήγμα ξέσπασε στην επιφάνεια και γέμισε τη λεκάνη. Παρόμοιες διεργασίες συνέβησαν στη Σελήνη, όπως φαίνεται από τον κρατήρα Aitken.

Πολύ μεγάλα γεγονότα πρόσκρουσης όπως αυτό που παρήγαγε το Caloris εναποθέτει μια ποσότητα ενέργειας στο υπέδαφος που είναι ικανή να τροποποιήσει τη μεταφορά του μανδύα, την αργή ροή των καυτών πετρωμάτων που λαμβάνει χώρα στο βαθύ εσωτερικό των επίγειων πλανητών [π.χ., 6]. Αριθμητικά μοντέλα της τροποποίησης της συναγωγής του μανδύα που προκαλείται από κρούση δείχνουν ότι οι μεγάλες κρούσεις ενισχύουν τοπικά τις μετααγωγικές κινήσεις και τροποποιούν τόσο τον όγκο όσο και τη θέση της σχετικής παραγωγής τήγματος [7]. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει αυτές τις επιδράσεις στον μανδύα του Ερμή μετά από κρούση που σχηματίζει μια λεκάνη μεγέθους Caloris.

Με την παρακολούθηση της ποσότητας του τήγματος που παράγεται ως συνάρτηση του χρόνου κάτω από τη νεοσχηματισμένη λεκάνη Caloris και συγκρίνοντας το αποτέλεσμα με τον παρατηρούμενο όγκο και χρόνο τοποθέτησης του εσωτερικού φύλλου τήξης, είναι δυνατό να συνδεθούν οι παρατηρούμενες ιδιότητες του εσωτερικού του Caloris (και, αποδεικνύεται, άλλων μεγάλων λεκανών στον υδράργυρο όπως ο Ρέμπραντ) με τη δυναμική στο εσωτερικό του πλανήτη. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τη στιγμή του σχηματισμού του Caloris και του Rembrandt ο μανδύας ψύχθηκε και παρήγαγε μόνο μικρές ποσότητες μετααγωγικού τήγματος [7]. Αυτό το συμπέρασμα είναι συνεπές με τη χρονολόγηση των τελευταίων μεγάλων ηφαιστειακών εκρήξεων στην επιφάνεια του Ερμή, η οποία παρέχει μια ανεξάρτητη λαβή για τη μαγματική δραστηριότητα του πλανήτη [8].

Η επιφάνεια του Ερμή έχει μεγάλη μεταβλητότητα σύνθεσης. Συγκεκριμένα, η σύνθεση του εσωτερικού του Caloris έχει μια μοναδική ορυκτολογία που είναι δύσκολο να εξηγηθεί [9]. Η παραπάνω εικόνα δείχνει πώς η κρούση προκαλεί τήξη σε μικρότερα βάθη σε σχέση με τη συναγωγή τήξης — συγκρίνετε πάνελ i με το πλαίσιο f . Αυτά τα βάθη αντιστοιχούν στο λεγόμενο στάσιμο καπάκι, το οποίο είναι το ανώτερο μέρος του μανδύα που δεν συμμετέχει στη μεταφορά (αντιστοιχεί κατά προσέγγιση στη μπλε και λευκή περιοχή του πεδίου θερμοκρασίας στα πάνελ a στο i ). Η σύνθεσή του πιθανότατα διατηρεί την υπογραφή των δομικών στοιχείων που σχημάτισαν τον πλανήτη και οι μεγάλες κρούσεις παρέχουν έτσι έναν τρόπο να γίνει ορατή αυτή η υπογραφή στην επιφάνεια [7].

Τα φύλλα τήγματος που παρατηρούνται σε μεγάλες λεκάνες χρησιμεύουν ως ανιχνευτές της θερμικής κατάστασης του πλανήτη κατά τη στιγμή του σχηματισμού των λεκανών και η σύνθεσή τους δυνητικά παρέχει ενδείξεις για τα δομικά στοιχεία του ηλιακού συστήματος. Έτσι, οι αρχαίες επιφάνειες του Ερμή και της Σελήνης είναι καθρέφτες όπου αντανακλάται η ιστορία των πλανητών και συνεπώς της Γης μας. Υπάρχει ομορφιά στη γήρανση, επειδή οι παλιές επιφάνειες—όπως οι ηλικιωμένοι—έχουν πολλές πληροφορίες να μοιραστούν.

Αναφορές:

1. Grotzinger J. P. et al., Science 343, 1242777-1, 1242777-14, 2014. doi:10.1126/science.1242777
2. Miljkovic K. et al., Science 342, 724—726, 2013. doi:10.1126/science.1243224
3. Jutzi, M. and Asphaug E., Nature 476, 69—72, 2011. doi:10.1038/nature10289.
4. Andrews-Hanna J. C. et al., Φύση 453, 1212—1215, 2008. doi:10.1038/nature07011.
5. Marchi S. et al., Φύση 499, 59—61, 2013. doi:10.1038/nature12280.
6. Roberts J. H. and Barnouin O. S., Journal of Geophysical Research 117, 1—15, 2012. doi:10.1029/2011JE003876
7. Padovan S. et al., Nature Communications 8, 1—10, 2017. doi:10.1038/s41467-017-0169-0
8. Byrne P. K. et al., Geophysical Research Letters 43, 1—9, 2016. doi:10.1002/2016GL069412
9. Namur O. and Charlier B., Nature Geosciences 10, 9—13, 2017. doi:10.1038/ngeo2860

Υποσημειώσεις:

1. Η προέλευση του αποσπάσματος φαίνεται να είναι μια συνέντευξη που έδωσε η ηθοποιός στο ιταλικό περιοδικό «Panorama». Υπάρχουν αρκετές εκδόσεις στον ιστό, των οποίων το νόημα είναι σε μεγάλο βαθμό συνεπές με αυτό που αναφέρεται εδώ.
2. Οι δέκα πιο σημαντικές επιστημονικές ανακαλύψεις παρατίθενται στον αποκλειστικό ιστότοπο του MESSENGER.

Αυτά τα ευρήματα είναι μια συλλογή εργασιών με επικεφαλής τον Sebastiano Padovan από το Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο.