Pierwsze optyczne obserwacje lodu na Merkurym

Merkury – pierwsza planeta od Słońca – wydaje się być całkowicie jałowym globem. Jednakże nachylenie osi obrotu Merkurego to mniej niż 1 stopień, co powoduje, że w okolicy merkuriańskich biegunów znajdują się wiecznie zacienione obszary wewnątrz kraterów. Zanim jeszcze sonda MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) dotarła na orbitę Merkurego, naukowcy zastanawiali się, czy w obszarach podbiegunowych tej planety może występować woda w postaci lodu. We wnętrzu wiecznie zacienionych kraterów podbiegunowych na Merkurym powinny panować bardzo niskie temperatury – rzędu 100 – 170 Kelwinów. Takie niskie temperatury pozwalałyby na zachowanie lodu wodnego.  Obserwacje radarowe obszarów podbiegunowych Merkurego, wykonane między innymi za pomocą radioteleskopu Arecibo (już od 1991 roku), wykazały obecność regionów o innej charakterystyce radiowej od otoczenia. Te obszary znacznie silniej odbijały fale radiowe, co sugerowało możliwość występowania wody w postaci lodu. Następnie, po uzyskaniu obrazów z sondy MESSENGER, okazało się, że wspomniane obszary leżą wewnątrz wiecznie zacienionych kraterów Merkurego. Co ciekawe, okazało się, że prawie wszystkie merkuriańskie kratery o średnicy ponad 10 km i znajdujące się powyżej 80 stopni szerokości geograficznej, zawierają wspomniane obszary silniej odbijające fale radiowe. (Warunki w kraterach mniejszych od 10 km wydają się być niesprzyjające do akumulacji lodu – właściwości termiczne takich kraterów są inne od tych większych niż 10 km).  Przysłowiową „kropkę nad i” w poszukiwaniach wody wewnątrz podbiegunowych kraterów Merkurego sonda MESSENGER postawiła w drugiej połowie 2012 roku. Wówczas pomiary za pomocą spektrometru neutronów, laserowego wysokościomierza oraz w bliskiej podczerwieni pozwoliły na określenie miejsc w których występuje woda w postaci lodu. Za pomocą spektrometru neutronów wyznaczono obszary z większą zawartością wodoru – składnika wody.  Dalsze obserwacje sondy MESSENGER wykazały, że w wiecznie zacienionych kraterach zalega lód wodny wymieszany ze związkami organicznymi. Okazało się, że lód jest przykryty „ochronnym płaszczem” ciemnych optycznie związków organicznych. Obecnie naukowcy uważają, że związki organiczne mogą pochodzić m.in. od komet i chondrytów węglistych.  W zeszłym i w tym roku MESSEGER dokonał serii obserwacji optycznych okolic północnego bieguna Merkurego. Obserwacji dokonano za pomocą szerokokątnej kamery instrumentu Mercury Dual Imaging System (MDIS), rejestrującej obrazy w zakresie od 400 do 1045 nanometrów. Na główny cel obserwacji wybrano kilka kraterów, m.in. Prokofjew o średnicy ponad 110 km (największy w regionie bieguna północnego), Kandinsky o średnicy około 60 km  oraz Berlioz o średnicy około 30 km. Uzyskane obrazy porównano z wcześniejszymi obrazami radarowymi, z zaznaczonymi obszarami silniej odbijającymi fale radiowe.  Obserwacje wykonane za pomocą MDIS wykazały, że w niektórych kraterach lód jest skryty pod bardzo ciemną warstwą materiału organicznego. Tak jest w przypadku krateru Berlioz. Okazało się jednak, że w innych kraterach obszar silniej odbijający fale radiowe jest także jaśniejszy od otoczenia. Przykładem takiego podłoża jest wnętrze krateru Prokofjew. Naukowcy uważają, że lód wodny jest tam bezpośrednio obecny na powierzchni i nie jest skryty pod płaszczem ze związków organicznych. Wnętrze krateru Prokofjew, w którym wykryto wyeksponowany lód, odróżnia się od wnętrza krateru Berlioz, w którym znajduje się ciemna warstwa związków organicznych. W obszarze, w którym występuje lód wodny we wnętrzu krateru Prokofjew znajduje się dużo małych kraterów. Z kolei w ciemnym obszarze krateru Berlioz takich kraterów nie zauważono. Te obrazy zdają się sugerować, że woda została dostarczona na Merkurego stosunkowo niedawno (w geologicznej skali) lub jest stale dostarczana. Odpowiedź na zagadkę źródła lodu wodnego na tej planecie wydaje się jeszcze być odległa i możliwe, że dopiero kolejna misja przyniesie więcej danych. Co ciekawe, na średnich szerokościach geograficznych Merkurego – tam, gdzie jest zbyt gorąco nawet dla przykrytego regolitem lodu wodnego – wykryto też pewną niewielką ilość silnych odbić fal radiowych. Zatem lód wodny nie wszędzie na Merkurym może być dobrym wyjaśnieniem wyników obserwacji radarowych. Odpowiedź na tę zagadkę może przyniesie MESSENGER albo kolejna misja bezzałogowa do pierwszej planety od Słońca – BepiColombo. Niemniej jednak uzyskane wyniki wyraźnie pokazują, że Merkury nie jest taką jałową planetą jak się wcześniej wydawało.  Misja MESSENGER zakończy się w kwietniu przyszłego roku uderzeniem w powierzchnię Merkurego. Pierwotnie zakładano, że stanie się to w marcu, jednak inżynierom z NASA udało się wprowadzić nowe procedury manewrów orbitalnych, które pozwoliły na wydłużenie misji. W tym przypadku do wykorzystano gaz hel do manewrów sondy zamiast typowego wypełniania zbiorników paliwa. Dodatkowy miesiąc działania sondy zostanie wykorzystany do serii badań powierzchni Merkurego.