Những quan sát mới của tàu vũ trụ MESSENGER cung cấp sự hỗ trợ thuyết phục cho giả thuyết đã tồn tại từ lâu rằng Sao Thủy chứa băng nước dồi dào trong các miệng hố cực của nó.
Ba dòng bằng chứng độc lập ủng hộ kết luận này: các phép đo đầu tiên của hydro dư thừa ở cực bắc của Sao Thủy bằng Máy quang phổ neutron của MESSENGER, các phép đo đầu tiên về độ phản xạ của các mỏ cực của Sao Thủy ở bước sóng gần hồng ngoại với Máy đo độ cao Mercury Laser (MLA) và các mô hình chi tiết đầu tiên về nhiệt độ bề mặt và gần bề mặt của các vùng cực bắc của Sao Thủy sử dụng địa hình thực tế của bề mặt Sao Thủy được đo bằng MLA. Những phát hiện này được trình bày trong ba bài báo được công bố trực tuyến hôm nay trên Science Express.
Các miệng hố cực vĩnh viễn bị che khuất (trái). Hình ảnh khảm của MESSENGER của vùng cực bắc Mercury (bên phải). Tín dụng hình ảnh: NASA / Phòng thí nghiệm vật lý ứng dụng của Đại học Johns Hopkins / Viện Carnegie của Washington / Trung tâm thiên văn học và tầng điện ly quốc gia, Đài thiên văn Arecibo
Với vị trí gần Mặt trời, Sao Thủy dường như là một nơi không thể tìm thấy băng. Nhưng độ nghiêng của trục quay Mercury sắp gần như bằng 0 - dưới một độ - vì vậy có những túi ở hành tinh cực không bao giờ nhìn thấy ánh sáng mặt trời. Các nhà khoa học đã đề xuất nhiều thập kỷ trước rằng có thể có nước đá và các chất bay hơi đông lạnh khác bị mắc kẹt ở các cực Mercury.
Ý tưởng đã nhận được một sự thúc đẩy vào năm 1991, khi kính viễn vọng vô tuyến Arecibo ở Puerto Rico phát hiện các mảng sáng radar bất thường ở các cực Mercury, những điểm phản xạ sóng vô tuyến theo cách người ta mong đợi nếu có băng nước. Nhiều trong số các bản vá này tương ứng với vị trí của các miệng hố va chạm lớn được vẽ bởi tàu vũ trụ Mariner 10 vào những năm 1970. Nhưng vì Mariner nhìn thấy ít hơn 50% hành tinh, các nhà khoa học hành tinh thiếu một sơ đồ hoàn chỉnh về các cực để so sánh với các hình ảnh.
MESSENGER từ đến sao Thủy năm ngoái đã thay đổi điều đó. Hình ảnh từ hệ thống hình ảnh kép Mercury Dual Mercury được chụp vào năm 2011 và đầu năm nay đã xác nhận rằng các đặc điểm sáng của radar ở cực bắc và cực nam của Mercury nằm trong vùng bị che khuất trên bề mặt Sao Thủy, những phát hiện phù hợp với giả thuyết băng nước.
Bây giờ, dữ liệu mới nhất từ MESSENGER chỉ ra mạnh mẽ rằng nước đá là thành phần chính của các mỏ cực bắc của Sao Thủy, băng đó được phơi ra trên bề mặt trong những lớp trầm tích lạnh nhất, nhưng băng bị chôn vùi dưới một vật liệu tối khác thường trên hầu hết tiền gửi, khu vực có nhiệt độ quá ấm để băng ổn định ở bề mặt.
MESSENGER sử dụng quang phổ neutron để đo nồng độ hydro trung bình trong vùng sáng của radar Mercury. Nồng độ nước trong băng được lấy từ các phép đo hydro. Trung bình, dữ liệu neutron chỉ ra rằng các lớp trầm tích cực sáng của Mercury chứa trung bình một lớp giàu hydro dày hơn hàng chục cm bên dưới lớp bề mặt dày 10 đến 20 cm ít giàu hydro hơn, David viết, David Lawrence, một MESSENGER Nhà khoa học tham gia có trụ sở tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins và là tác giả chính của một trong những bài báo. Lớp chôn vùi có hàm lượng hydro phù hợp với nước đá gần như tinh khiết.
Dữ liệu từ Máy đo độ cao Mercury Laser (MLA) của MESSENGER - đã bắn hơn 10 triệu xung laser vào Sao Thủy để tạo ra các bản đồ chi tiết về địa hình của hành tinh - chứng thực các kết quả radar và phép đo phổ neutron của vùng cực của Mercury, viết bởi Gregory Neumann của NASA Goddard Trung tâm bay không gian. Trong một bài báo thứ hai, Neumann và các đồng nghiệp của mình báo cáo rằng các phép đo MLA đầu tiên của các vùng cực bắc bị che khuất cho thấy các mảng sáng và tối không đều ở bước sóng gần hồng ngoại gần cực bắc Mercury.
Những dị thường phản xạ này tập trung ở các sườn dốc của chính phủ và được kết hợp không gian với các khu vực tán xạ radar cao được cho là kết quả của băng nước gần mặt nước, ông Neumann viết. Sự tương quan của độ phản xạ quan sát được với nhiệt độ được mô hình hóa cho thấy các vùng sáng quang học phù hợp với băng nước mặt.
MLA cũng ghi lại các mảng tối với độ phản xạ giảm dần, phù hợp với lý thuyết rằng băng ở những khu vực đó được bao phủ bởi một lớp cách nhiệt. Neumann cho rằng tác động của sao chổi hoặc tiểu hành tinh giàu chất dễ bay hơi có thể đã cung cấp cả tiền gửi tối và sáng, một phát hiện được chứng thực trong bài báo thứ ba do David Paige thuộc Đại học California, Los Angeles dẫn đầu.
Paige và các đồng nghiệp của ông đã cung cấp các mô hình chi tiết đầu tiên về nhiệt độ bề mặt và gần bề mặt của các vùng cực bắc của Sao Thủy sử dụng địa hình thực tế của bề mặt Sao Thủy Merc được đo bằng MLA. Các phép đo, cho thấy sự phân bố không gian của các vùng tán xạ radar cao rất phù hợp với sự phân bố dự đoán của băng nước ổn định nhiệt, ông viết.
Theo Paige, vật chất tối có khả năng là hỗn hợp các hợp chất hữu cơ phức tạp được gửi tới Sao Thủy do tác động của sao chổi và các tiểu hành tinh giàu chất dễ bay hơi, cùng các vật thể có khả năng đưa nước đến hành tinh trong cùng. Vật liệu hữu cơ có thể bị tối hơn nữa bởi tiếp xúc với bức xạ khắc nghiệt trên bề mặt Sao Thủy, ngay cả trong các khu vực bị che khuất vĩnh viễn.
Vật liệu cách điện tối này là một nếp nhăn mới cho câu chuyện, Sean Solomon thuộc Đại học Columbia Lam Lam-Doherty Đài quan sát Trái đất, nhà điều tra chính của nhiệm vụ MESSENGER nói. Trong hơn 20 năm, bồi thẩm đoàn đã cân nhắc về việc liệu hành tinh gần Mặt trời nhất có chứa nước đá dồi dào ở các vùng cực bị che khuất vĩnh viễn hay không. MESSENGER hiện đã cung cấp một bản án khẳng định nhất trí.
Tuy nhiên, những quan sát mới cũng đã đặt ra những câu hỏi mới, kể thêm Solomon. Các vật liệu tối trong tiền gửi cực bao gồm hầu hết các hợp chất hữu cơ? Những loại phản ứng hóa học có vật liệu đó có kinh nghiệm? Có khu vực nào trên hoặc trong Sao Thủy có thể có cả nước lỏng và hợp chất hữu cơ không? Chỉ khi tiếp tục khám phá Sao Thủy, chúng ta mới có thể đạt được tiến bộ cho những câu hỏi mới này.
Qua NASA