Как ближайшая планета к Солнцу, Меркурий палит жарко, с дневными температурами более 800 градусов по Фаренгейту (приблизительно 450 градусов по Цельсию). Это также самая маленькая каменистая планета, поэтому ее гравитация слабая, всего около 38 процентов от земной. Эти условия мешают планете удерживать свою атмосферу, которая чрезвычайно тонка и невидима для человеческого глаза.
Однако его можно увидеть с помощью специальных инструментов, прикрепленных к телескопам и космическим кораблям, таким как MESSENGER (поверхность MERcury, космическая среда, геохимия и ранжирование).
«Атмосфера Меркурия настолько тонкая, что она давно бы исчезла, если бы что-то не пополняло ее», - говорит доктор. Джеймс А. Славин из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд, соисследователь миссии НАСА MESSENGER к Меркурию. Этим чем-то может быть солнечный ветер, тонкий газ электрически заряженных частиц, называемый плазмой, который постоянно дует с поверхности Солнца. Солнечный ветер движется быстро, обычно со скоростью от 250 до 370 миль в секунду (от 400 до 600 километров в секунду); достаточно быстро, чтобы сбросить атомы с поверхности Меркурия. По словам Славина, посредством процесса, называемого «распылением», частицы солнечного ветра, которые врезаются в поверхность Меркурия, передают достаточно энергии, чтобы запустить некоторые атомы по баллистическим траекториям высоко над поверхностью и пополнить атмосферу Меркурия.
Однако есть проблема - мешает магнитное поле Меркурия. Первый пролет MESSENGER 14 января 2008 года подтвердил, что планета имеет глобальное магнитное поле, впервые обнаруженное космическим кораблем Mariner 10 во время облетов планеты в 1974 и 1975 годах.
Ионы и электроны, из которых состоит солнечный ветер, электрически заряжены и «чувствуют» магнитные силы, поэтому глобальное магнитное поле обычно отклоняет солнечный ветер. Однако глобальные магнитные поля представляют собой неплотные экраны, и известно, что при определенных условиях в них образуются дыры, через которые может течь солнечный ветер.
Во время своего второго пролета над планетой 6 октября 2008 года MESSENGER обнаружил, что магнитное поле Меркурия действительно может быть чрезвычайно негерметичным. Космический аппарат столкнулся с магнитными «торнадо» - скрученными пучками магнитных полей, соединяющими планетарное магнитное поле с межпланетным пространством - шириной до 500 миль или третью радиуса планеты.
«Эти «торнадо» образуются, когда магнитные поля, переносимые солнечным ветром, соединяются с магнитным полем Меркурия», - сказал Славин. «Когда солнечный ветер дует мимо поля Меркурия, эти соединенные магнитные поля уносятся вместе с ним и закручиваются в вихреподобные структуры. Эти искривленные трубки магнитного потока, технически известные как события переноса потока, образуют открытые окна в магнитном щите планеты, через которые солнечный ветер может проникать и напрямую воздействовать на поверхность Меркурия».
Венера, Земля и даже Марс имеют плотную атмосферу по сравнению с Меркурием, поэтому солнечный ветер никогда не достигает поверхности этих планет, даже если на пути нет глобального магнитного поля, как в случае с Венера и Марс. Вместо этого он попадает в верхние слои атмосферы этих миров, где оказывает эффект, противоположный эффекту на Меркурии, постепенно удаляя атмосферный газ по мере того, как пролетает мимо.
Венера имеет плотную атмосферу, которая может пополняться за счет вулканов, поэтому потери на солнечный ветер незначительны. Марс - это отдельная история. Марс потерял свое глобальное магнитное поле миллиарды лет назад. С тех пор из-за незначительной вулканической активности солнечный ветер мог разрушить значительную часть атмосферы Красной планеты.
Особенности Марса, напоминающие высохшие русла рек, и обнаружение минералов, образующихся в присутствии воды, указывают на то, что Марс когда-то имел более плотную атмосферу, которая поддерживала ее достаточно теплой для того, чтобы жидкая вода текла по поверхности. Однако каким-то образом эта гораздо более плотная древняя атмосфера была потеряна, потому что Марс был холодным и сухим в течение миллиардов лет.
В 2013 году НАСА планирует запустить миссию на Марс под названием MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission). Он исследует различные способы, которыми Марс теряет свою атмосферу в космос, в том числе то, сколько ее может быть унесено солнечным ветром..
Процесс связывания межпланетных и планетарных магнитных полей, называемый магнитным пересоединением, распространен во всем космосе. Это происходит в магнитном поле Земли, где также генерируются магнитные торнадо. Однако наблюдения MESSENGER показывают, что скорость повторного соединения на Меркурии в десять раз выше.
«Близость Меркурия к Солнцу составляет лишь около трети наблюдаемой нами скорости воссоединения», - сказал Славин. «Будет интересно увидеть, что особенного в Меркурии, чтобы объяснить остальное. Мы получим больше подсказок во время третьего пролета MESSENGER 29 сентября 2009 года и когда мы выйдем на орбиту в марте 2011 года."
Исследование Славина MESSENGER финансировалось НАСА и является предметом статьи, опубликованной в журнале Science 1 мая 2009 года.