Tillbaka under 2012 , forskare var glada över att upptäcka att inom de polära områdena av Merkurius upptäcktes enorma mängder vattenis. Även om förekomsten av vattenis i denna permanent skuggade region hade varit föremål för spekulationer i cirka 20 år, var det först efter Merkurius yta, rymdmiljö, geokemi och avstånd (MESSENGER) rymdfarkoster studerade polarområdet att detta bekräftades.
Baserat på MESSENGER-data uppskattades det att Merkurius kunde ha mellan 100 miljarder till 1 biljon ton vattenis vid båda polerna, och att isen på sina ställen kunde vara upp till 20 meter (65,5 fot) djup. Men en ny studie av ett team av forskare från Brown University indikerar att det kan finnas ytterligare tre stora kratrar och många fler mindre i den norra polarregionen som också innehåller is.
Studien, med titeln ' Nya bevis för ytvattenis i småskaliga köldfällor och i tre stora kratrar vid den nordliga polarregionen av Merkurius från Mercury Laser Altimeter ', publicerades nyligen iGeofysiska forskningsbrev. Ledd av Ariel Deutsch, en NASA ASTAR-stipendiat och doktorand vid Brown University, övervägde teamet hur småskaliga avlagringar dramatiskt skulle kunna öka den totala mängden is på Merkurius.
Konstnärens koncept för MESSENGER-rymdfarkosten på väg mot Merkurius. Kredit: NASA/JPL
Trots att den är den närmaste planeten till solen och upplever brännande yttemperaturer på sin sida som vetter mot solen, betyder Merkurius låga axiella lutning att dess polära områden är permanent skuggade och upplever medeltemperaturer på cirka 200 K (-73 °C; -100 °C) F). Tanken att is kan finnas i dessa regioner går tillbaka till 1990-talet, då jordbaserade radarteleskop upptäckte mycket reflekterande fläckar i polkratrarna.
Detta bekräftades när rymdfarkosten MESSENGER upptäckte neutronsignaler från planetens nordpol som överensstämde med vattenis. Sedan dess har det varit allmän enighet om att Merkurius ytis var begränsad till sju stora kratrar. Men som Ariel Deutsch förklarade i ett Brown University pressmeddelande , hon och hennes team försökte se bortom dem:
'Antagandet har varit att ytis på Merkurius huvudsakligen finns i stora kratrar, men vi visar också bevis för dessa avlagringar i mindre skala. Att lägga till dessa småskaliga avlagringar till de stora avlagringarna i kratrar bidrar avsevärt till ytisinventeringen på Merkurius.'
För denna nya studies skull fick Deutsch sällskap av Gregory A. Neumann, en forskare från NASA:s Goddard Space Flight Center, och James W. Head. Förutom att vara professor Institutionen för geo-, miljö- och planetvetenskap på Brown var Head också en co-utredare för MESSENGER och Lunar Reconnaissance Orbiter uppdrag.
En vy av kratern Prokofiev på Merkurius. Kratern är den största på planetens nordpolområde som har 'radarljust' material, ett troligt tecken på is. Kredit: NASA/JHUAPL/CIW
Tillsammans undersökte de data från MESSENGER’s Mercury Laser Höjdmätare (MLA) instrument. Det här instrumentet användes av MESSENGER för att mäta avståndet mellan rymdfarkosten och Merkurius, och de resulterande data användes sedan för att skapa detaljerade topografiska kartor över planetens yta. Men i det här fallet användes MLA för att mäta ytreflektans, vilket indikerade närvaron av is.
Som instrumentspecialist med MESSENGER-uppdraget var Neumann ansvarig för att kalibrera höjdmätarens reflektanssignal. Dessa signaler kan variera beroende på om mätningarna är tagna ovanifrån eller i en vinkel (den senare kallas för 'off-nadir'-avläsningar). Tack vare Neumanns justeringar kunde forskare upptäcka högreflekterande avlagringar i ytterligare tre stora kratrar som överensstämde med vattenis.
Enligt deras uppskattningar kan dessa tre kratrar innehålla inlandsisar som mäter cirka 3 400 kvadratkilometer (1313 mi²). Dessutom tittade teamet också på terrängen som omger dessa tre stora kratrar. Även om dessa områden inte var lika reflekterande som inlandsisarna inuti kratrarna, var de ljusare än Merkurius genomsnittliga ytreflektans.
Utöver detta tittade de också på höjdmätaredata för att söka efter bevis på avlagringar i mindre skala. Vad de hittade var fyra mindre kratrar, var och en med diametrar på mindre än 5 km (3 mi), som också var mer reflekterande än ytan. Av detta drog de slutsatsen att det inte bara fanns fler stora avlagringar av is som tidigare var oupptäckta, utan sannolikt många mindre 'köldfällor' där is också kunde finnas.
En påtvingad perspektivvy av Merkurius kratrerade nordpol, som visar närvaron av vattenis i gult. Kredit: NASA/JHUAPL/CIW
Mellan dessa tre nyupptäckta stora fyndigheter, och vad som kan vara hundratals mindre fyndigheter, kan den totala isvolymen på Merkurius vara betydligt mer än vi tidigare trott. Som Deutsch sa :
'Vi föreslår att denna förstärkta reflektionssignatur drivs av småskaliga isfläckar som är spridda över hela denna terräng. De flesta av dessa patchar är för små för att lösas individuellt med höjdmätarinstrumentet, men tillsammans bidrar de till den övergripande förbättrade reflektansen... Dessa fyra var bara de vi kunde lösa med MESSENGER-instrumenten. Vi tror att det förmodligen finns många, många fler av dessa, i storlekar från en kilometer ner till några centimeter.”
Tidigare har studier av månens yta också bekräftat närvaron av vattenis i dess kratrerade polarområden. Ytterligare forskning visade att utanför de större kratrarna kunde små 'kylfällor' också innehålla is. Enligt vissa modeller kan en redogörelse för dessa mindre fyndigheter effektivt fördubbla uppskattningarna av de totala mängderna is på månen. Ungefär samma sak kan vara sant för Merkurius.
Men som Jim Head (som också fungerade som Deutsch Ph.D.-rådgivare för denna studie) indikerade, lägger detta arbete också till en ny inställning till den kritiska frågan om varifrån vattnet i solsystemet kom. 'En av de viktigaste sakerna vi vill förstå är hur vatten och andra flyktiga ämnen distribueras genom det inre solsystemet - inklusive jorden, månen och våra planetariska grannar,' han sa . 'Denna studie öppnar våra ögon för nya platser att leta efter bevis på vatten, och antyder att det finns mycket mer av det på Merkurius än vi trodde.'
Den här skuggade reliefbilden visar Månens Shackleton-krater, en 21 km bred krater som är permanent skuggad krater nära månens sydpol. Kraterns inre struktur visas i falsk färg baserat på data från NASA:s LRO-sond. Kredit: NASA
Förutom att indikera att solsystemet kan vara mer vattnigt än man tidigare misstänkt, har förekomsten av riklig is på Merkurius och Månen stärkt förslagen om att bygga utposter på dessa kroppar. Dessa utposter skulle kunna förvandla lokala avlagringar vattenis till hydrazinbränsle, vilket drastiskt skulle minska kostnaderna för att montera långdistansuppdrag i hela solsystemet.
På den mindre spekulativa sidan av saker ger den här studien också nya insikter om hur solsystemet bildades och utvecklades. Om vatten är mycket mer rikligt idag än vi visste, skulle det tyda på att mer fanns närvarande under de tidiga epokerna av planetbildning, förmodligen när det distribuerades över hela solsystemet av asteroider och kometer.
Vidare läsning: Brown University , Geofysiska forskningsbrev