عطارد مرموز تا زمانی که کسی فرودگر را بفرستد یک پازل باقی خواهد ماند

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

عطارد یکی از گریزان ترین و دشوارترین سیارات منظومه شمسی برای مطالعه است. فرستادن کاوشگر به قمرهای یخی زحل یا مشتری یا حتی پلوتون آسانتر از فرود در درونی ترین سیاره ما یعنی عطارد است.

رصدخانه های نوری مستقر در زمین هنگامی که مناظر خود را روی عطارد می چرخانند، خطر آسیب دیدن اپتیک خود را در تابش خیره کننده خورشید مجاور دارند. بنابراین، در میان سیاراتی که در منظومه شمسی درونی ما قرار دارند، عطارد احتمالا هم کمتر اکتشاف شده و هم بیشترین سوء تفاهم است.

مارینر 10 ناسا بین سال‌های 1974 و 1975، سه پرواز از عطارد را انجام داد. پس از آن مأموریت MESSENGER ناسا در سال 2011 مداری را به عطارد وارد کرد، که با موفقیت حدود چهار سال به دور سیاره چرخید.

اما علیرغم ماموریت مشترک مورد انتظار آژانس فضایی اروپا و آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن، BepiColombo به عطارد، ما به احتمال زیاد معمای این دنیای کوچک عجیب را حل نمی کنیم تا زمانی که کسی راهی برای ارسال فرودگری بیابد که بتواند به طور ایمن فرود بیاید و به اندازه کافی کار کند تا داده هایی را که به ما نشان بسیار واضح تری از ترکیب سطح و سطح عطارد بدهد، پیدا کند.

BepiColombo، که قرار است اواخر ماه آینده وارد مدار شود، در حال حاضر تنها فرصت ما برای به دست آوردن اطلاعات جدید در مورد این سیاره است. با این حال، انتظار نمی رود که جمع آوری داده های علمی تا آوریل 2027 آغاز شود.

پل برن، دانشمند سیاره‌شناسی در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، از طریق ایمیل به من گفت: پس از BepiColombo، هیچ چیزی روی تخته طراحی نیست. اما برن به من گفت که فرودگر گام طبیعی بعدی در اکتشاف عطارد است، حتی اگر از نظر فنی چالش برانگیز و گران قیمت باشد.

بدون ماموریت فرودگر، معماهای علمی اصلی عطارد باقی خواهند ماند.

برن می گوید، ما در حال یافتن شواهدی برای سیارات فراخورشیدی سنگی بسیار بزرگتر و عظیمتر هستیم که به نظر می رسد دارای هسته های غول پیکر آهنی هستند. بنابراین، او متعجب است که آیا عطارد یک چیز عجیب و غریب است یا یک پیامد سیاره ای که بیشتر از آن چیزی که ما فکر می کنیم رایج است.

دو فرضیه اصلی برای توضیح وجود یک هسته فلزی بزرگ فرموله شده است.

آن پومیر، دانشمند کارمند و آزمایشگر پرفشار در آزمایشگاه کارنگی در واشنگتن دی سی، از طریق ایمیل به من گفت که اولین فرض می کند که عطارد از بلوک های ساختمانی غنی تر از فلزات نسبت به سیارات دیگر، مانند زمین، به وجود آمده است. پومیر به من گفت که دومی پیشنهاد می‌کند که عطارد در ابتدا بزرگ‌تر از امروز بود، با نسبت پوسته و گوشته به هسته نزدیک‌تر به زمین.

پومیر، که یکی از محققین ابزار مغناطیس سنج در BepiColombo است، به من گفت که برخوردهای بزرگ احتمالا بخش عظیمی از گوشته سنگی عطارد را از بین برده است و در نتیجه هسته آهنی غیرعادی بزرگی در آن باقی می‌ماند.

اما توضیح وجود یک هسته فلزی بزرگ همچنان دشوار است. پومیر می گوید که عطارد درک ما از شکل گیری سیاره ها را به چالش می کشد.

پومیر می گوید در مقایسه با زمین، میدان مغناطیسی عطارد ضعیف است و تصور می شود که این میدان در بخش مایع هسته ایجاد می شود. او می گوید: حرکت مداوم در این مایع جریان های الکتریکی ایجاد می کند که به نوبه خود یک دینام میدان مغناطیسی ایجاد می کند که می تواند میلیاردها سال پایدار بماند.

نویسندگان مقاله ای که در سال 2024 در مجله Earth and Planetary Science Letters منتشر شده است، در حال حاضر یک میدان مغناطیسی جهانی ایجاد می کند که عمدتا در سطح دو قطبی است و تقریبا 100 برابر ضعیف تر از میدان سطح زمین است. نویسندگان خاطرنشان می کنند که مغناطش پوسته باقیمانده با سن استنباط شده بین 3.7 تا 3.9 میلیارد سال نشان می دهد که دینام در تاریخ اولیه عطارد کار می کرده است.

جیوه دارای یک اگزوسفر ضعیف است که از مقادیر بسیار محدودی از اکسیژن، هیدروژن، سدیم و هلیوم تشکیل شده است.

اما اگر عطارد حتی میدان مغناطیسی ضعیفی دارد، چرا نمی تواند جو واقعی را حفظ کند؟

داشتن میدان مغناطیسی کافی نیست: به گفته برن، شما باید به اندازه کافی بزرگ باشید تا جو را دوباره پر کنید و به اندازه کافی از ستاره خود دور باشید تا جو شما منفجر نشود. او می گوید که عطارد نسبتا به خورشید نزدیک است، به این معنی که از باد خورشیدی ضربه می زند.

به گفته پومیر، شواهدی نیز در سطح وجود دارد که سیاره در حال کوچک شدن بوده است. او می گوید که این فرآیند احتمالا به دلیل خنک سازی هسته است، اما به خوبی درک نشده است.

این ماده احتمالا حاوی کربن درون زا مانند گرافیت است.

پومیر می‌گوید در برخی از دهانه‌ها، انتظار می‌رود که زیر لایه‌هایی از رسوبات دیگر پنهان شود، بنابراین حضور آن هم در سطح و هم در زیر سطح است. او می گوید که یک فرضیه در مورد منشا آن این است که به عنوان بخشی از تبلور یک اقیانوس ماگما در اوایل تاریخ عطارد شکل گرفته است.

برن می گوید، این گرافیت ممکن است بقایای یک پوسته شناور که زمانی گسترده و احتمالا نازک غنی از کربن بود باشد که احتمالا سیاره را پوشانده است. او می‌گوید که با گذشت زمان، با برخوردهای پی در پی که مواد پوسته‌ای را به هم می‌ریزند و دوباره توزیع می‌کنند، و همچنین آتشفشان‌های سطحی، بیشتر این پوسته غنی از گرافیت مدفون شده، دوباره کار می‌شود یا در فضا حذف می‌شود.

پومیر می‌گوید در حال حاضر هیچ شهاب‌سنگ تایید شده رسمی از عطارد بر روی زمین وجود ندارد، علی‌رغم مطالعات متعدد که نشان می‌دهد برخی از شهاب‌سنگ‌ها (مانند کندریت‌های انستاتیت) می‌توانند از عطارد آمده باشند.

اما این یکی از دلایلی است که فرود روی این سیاره بسیار مهم است.

برن می گوید فرود بر روی عطارد و انجام آنالیزهای شیمیایی در محل به ما ایده بسیار بهتری از آنچه در مجموعه های کنونی شهاب سنگ های جهان باید جستجو کنیم، می دهد. او می‌گوید مطمئنا ممکن است که ما قبلا قطعات ناشناخته‌ای از عطارد را در این مجموعه‌ها داشته باشیم.

چالش‌ها عبارتند از زمان در مسیر، انرژی مورد نیاز برای کاهش سرعت فضاپیما برای قرارگیری موفقیت‌آمیز در مدار و فرود. سقوط به عمق چاه گرانش خورشید مستلزم یک تغییر عظیم در سرعت (یا دلتا-V) است که حتی بیشتر از آنچه برای ارسال یک کاوشگر به پلوتون لازم است، نیاز دارد.

یک مطالعه مفهومی ماموریت سیاره‌ای ناسا در سال 2020 اشاره می‌کند که یک مأموریت فرودگر باید یک مرحله کروز 10 ساله قبل از فرود آمدن حدود 30 ساعت قبل از غروب خورشید در عطارد داشته باشد. ایده این است که فرودگر در طول شب عطارد، که حدود 88 روز زمینی را در بر می گیرد، به طور کامل عملیاتی شود. فرودگر از نورهای LED برای عکاسی از سطح عطارد استفاده می کند و حتی ممکن است با درخشش منتشر از اگزوسفر سدیم سیاره کمک کند.

یک فرودگر ابتدا باید به آرامی سطح عطارد را لمس کند.

بدون اتمسفر، یک فرودگر فقط می تواند به موشک های متقابل تکیه کند. برن می گوید: ما تجربه انجام این کار را برای ماه داریم، اما گرانش روی عطارد حدود دو برابر بیشتر است. او می‌گوید، بنابراین، چالش بزرگ‌تر است – و لزوما پس از یک مرحله سفر بسیار طولانی‌تر از ماه یا حتی مریخ اتفاق می‌افتد.

کریستوفر جی دیویس و همکاران، تکامل حرارتی و مغناطیسی عطارد با هسته لایه‌ای Fe-Si(-S)، نامه‌های علوم زمین و سیاره‌ای (2024). DOI: 10.1016/j.epsl.2024.118812

اطلاعات مجله: زمین و علم سیاره نامه

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →