Päikesesüsteemi valgusjõule lähim ja väikseim planeet on endiselt mõistatus. Nagu Maa ja neli gaasigigaani - Jupiter, Saturn, Uraan ja Neptuun -, on ka Merkuuril oma magnetosfäär. Pärast MESSENGERi jaama (MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry) uurimist, hakkas selle magnetilise kihi olemus selguma. Missiooni peamised tulemused on juba lisatud monograafiatesse ja õpikutesse. Kuidas suutis väike planeet säilitada magnetosfääri.
Selleks, et taevakehal oleks oma magnetosfäär, on vaja magnetvälja allikat. Enamiku teadlaste sõnul vallandub siin dünamoefekt. Maa puhul näeb see välja selline. Planeedi sooltes on kindla kese ja vedela kestaga metallist südamik. Radioaktiivsete elementide lagunemise tõttu eraldub soojus, mis viib juhtiva vedeliku konvektiivsete voogude moodustumiseni. Need voolud genereerivad planeedi magnetvälja.
Väli interakteerub päikesetuulega - tähest laetud osakeste voogudega. See kosmiline plasma kannab endaga enda magnetvälja. Kui planeedi magnetväli talub päikesekiirguse rõhku, see tähendab, et see suunab selle pinnast märkimisväärsel kaugusel, siis nende sõnul on planeedil oma magnetosfäär. Lisaks Merkuurile, Maale ja neljale gaasigigandile on Jupiteri suurimal satelliidil Ganymedel ka magnetosfäär.
Ülejäänud päikesesüsteemi planeetide ja kuude korral ei esine tähetuul praktiliselt mingit vastupanu. See juhtub näiteks Veenusel ja suure tõenäosusega Marsil. Maa magnetvälja olemust peetakse endiselt geofüüsika peamiseks müsteeriumiks. Albert Einstein pidas seda üheks teaduse viiest kõige olulisemast ülesandest.
See on tingitud asjaolust, et kuigi geodünaamiateooria on praktiliselt vaieldamatu, põhjustab see suuri raskusi. Klassikalise magnetohüdrodünaamika kohaselt peaks dünamoefekt lagunema ning planeedi tuum peaks jahtuma ja kõvenema. Siiani pole täpselt teada mehhanisme, mille tõttu Maa säilitab dünamo ise genereerimise efekti koos täheldatud magnetvälja omadustega, peamiselt geomagnetiliste anomaaliate, migratsiooni ja pooluste inversiooniga.
Kvantitatiivse kirjelduse keerukus tuleneb tõenäoliselt probleemi põhimõtteliselt mittelineaarsest olemusest. Merkuuri puhul on dünamiprobleem veelgi teravam kui Maa puhul. Kuidas nii väike planeet hoidis enda magnetosfääri? Kas see tähendab, et selle tuum on endiselt vedelas olekus ja tekitab piisavalt soojust? Või on mõni spetsiaalne mehhanism, mis võimaldab taevakehal kaitsta end päikesetuule eest?
Elavhõbe on umbes 20 korda kergem ja väiksem kui Maa. Keskmine tihedus on võrreldav maa tihedusega. Aasta kestab 88 päeva, kuid taevakeha ei ole loodete käes Päikesega, vaid pöörleb ümber oma telje umbes 59-päevase perioodiga. Elavhõbedat eristab teistest Päikesesüsteemi planeetidest suhteliselt suur metallisüdamik - see moodustab taevakeha raadiusest umbes 80 protsenti. Võrdluseks - Maa tuum võtab vaid umbes poole raadiust.
Merkuuri magnetvälja avastas 1974. aastal Ameerika jaam Mariner 10, mis registreeris kõrge energiaga osakeste purunemisi. Päikesele kõige lähemal asuva taevakeha magnetväli on umbes sada korda nõrgem kui maapealne, see sobiks täielikult Maa suurusesse sfääri ja moodustuks sarnaselt meie planeedile dipooliga, see tähendab, et sellel on kaks ja mitte neli, nagu gaasihiiglased, magnetpoolused.
Reklaamvideo:
Foto: Johns Hopkinsi ülikooli rakendusfüüsika labor / Washingtoni Carnegie Instituut / NASA
Esimesed teooriad Merkuuri magnetosfääri olemuse selgitamiseks pakuti välja 1970ndatel. Enamik neist põhineb dünamoefektil. Neid mudeleid kontrolliti aastatel 2011 kuni 2015, kui MESSENGER jaam uuris planeeti. Seadmest saadud andmed näitasid Merkuuri magnetosfääri ebaharilikku geomeetriat. Eelkõige toimub planeedi läheduses umbes kümme korda sagedamini magnetiline taasühendamine - magnetvälja sisemiste ja väliste jõujoonte vastastikune ümberkorraldamine.
See viib elavhõbeda magnetosfääris paljude tühimike moodustumiseni, võimaldades päikesetuulel peaaegu takistamatult jõuda planeedi pinnale. Lisaks avastas MESSENGER taevakeha koorikus remanentsi. Neid andmeid kasutades on teadlased hinnanud elavhõbeda magnetvälja keskmise vanuse alumiseks piiriks 3,7-3,9 miljardit aastat. See, nagu teadlased märkisid, kinnitab dünamoefekti paikapidavust planeedi globaalse magnetvälja moodustamisel, aga ka vedela välimise tuuma olemasolu selles.
Samal ajal jääb elavhõbeda struktuuri küsimus lahtiseks. Võimalik, et selle südamiku välimine kiht sisaldab metallihelbeid - raudlund. See hüpotees on väga populaarne, kuna Merkuuri enda magnetosfääri seletades sama dünamoefektiga võimaldab see planeedi sees madalaid temperatuure ja kvaasitahke (või kvaasivedelikku) tuuma.
Foto: Washingtoni Carnegie Institutsioon / JHUAPL / NASA
On teada, et maapealsete planeetide tuumad moodustuvad peamiselt rauast ja väävlist. Samuti on teada, et väävlisisaldus alandab südamiku sulamistemperatuuri, jättes selle vedelaks. See tähendab, et dünamoefekti säilitamiseks on vaja vähem soojust, mida Merkuur tekitab juba liiga vähe. Peaaegu kümme aastat tagasi näitasid geofüüsikud, viies läbi rea katseid, et kõrgrõhu tingimustes võib raua lumi langeda planeedi keskpunkti ja selle sisemisest südamikust võib tõusta vedel raua ja väävli segu. See võib luua elavhõbeda efekti Merkuuri sooltes.
MESSENGERi andmed kinnitasid neid leide. Jaama paigaldatud spektromeeter näitas planeedi vulkaanilistes kivimites ülimadalat raua ja muude raskete elementide sisaldust. Merkuuri vahevöö õhukeses kihis pole peaaegu rauda ja see moodustub peamiselt silikaatidest. Tahke kese moodustab umbes poole (umbes 900 kilomeetrit) südamiku raadiusest, ülejäänud osa hõivab sulakiht. Nende vahel on kõige tõenäolisemalt kiht, milles metallihelbed liiguvad ülalt alla. Tuuma tihedus on umbes kaks korda suurem vahevööndi tihedusest ja hinnanguliselt on see seitse tonni kuupmeetris. Teadlaste arvates moodustab väävel tuuma massist umbes 4,5 protsenti.
MESSENGER avastas elavhõbeda pinnal arvukalt voldid, painutusi ja vigu, mis võimaldab teha ühemõttelise järelduse planeedi tektoonilise aktiivsuse kohta lähiminevikus. Väliskooriku struktuur ja tektoonika on teadlaste sõnul seotud planeedi sooles toimuvate protsessidega. MESSENGER näitas, et planeedi magnetväli on põhjapoolkeral tugevam kui lõunapoolses. Aparaadi koostatud raskuskaardi järgi otsustades on kooriku paksus ekvaatori lähedal keskmiselt 50 kilomeetrit kõrgem kui masti juures. See tähendab, et planeedi põhjalaiustel kuumeneb silikaatvärv tugevamalt kui selle ekvatoriaalosas. Need andmed on suurepäraselt kooskõlas põhjapoolsetel laiustel suhteliselt noorte lõksude avastamisega. Ehkki vulkaaniline aktiivsus elavhõbedal lakkas umbes 3,5 miljardit aastat tagasi, on praegune pilt termilise hajumise kohta planeedi vahevöös suures osastõenäoliselt määrab tema minevik.
Eelkõige võivad konvektiivsed voolud endiselt eksisteerida planeedi tuumaga külgnevates kihtides. Siis on planeedi põhjapooluse all oleva vahevöö temperatuur 100-200 kraadi Celsiuse järgi kõrgem kui planeedi ekvatoriaalpiirkondade all. Veelgi enam, MESSENGER avastas, et põhjakoori ühe lõigu jääkmagnetväli on planeedi globaalse magnetvälja suhtes suunatud vastupidises suunas. See tähendab, et minevikus toimus vähemalt üks kord Merkuuril inversioon - muutus magnetvälja polaarsuses.
Ainult kaks jaama on Merkuuri üksikasjalikult uurinud - Mariner 10 ja MESSENGER. Ja see planeet, peamiselt omaenda magnetvälja tõttu, pakub teadusele suurt huvi. Selgitades selle magnetosfääri olemust, saame seda peaaegu kindlasti Maa jaoks teha. 2018. aastal plaanivad Jaapan ja EL saata kolmanda missiooni Merkuurile. Kaks jaama lendavad. Esiteks koostab MPO (Mercury Planet Orbiter) taevakeha pinna multilainekaardi. Teine, MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) uurib magnetosfääri. Missiooni esimeste tulemuste ootamine võtab kaua aega - isegi kui start toimub 2018. aastal, jõutakse jaama sihtkohta alles 2025. aastal.
Juri Sukhov
