8 Minutės
Mažiausia Saulės sistemos planeta nuolat pateikia didžiausias staigmenas. Plonos, švytinčios juostos, nutįsusios palei kraterių sienas ir šlaitus — ilgai laikytos statiškomis randų atmintimis — dabar labiau primena vykstančių procesų parašus. Tolima nuo geologinės lavonos įvaizdžio, Mercurijus gali būti vis dar „kvėpuojanti" planeta, kalbant planetų mokslo prasme.
.avif)
Juostos ant kraterio sienos šlaito Mercurijuje, priimtos 2014 m. balandžio 10 d.
Daugelį dešimtmečių Mercurijaus reljefas buvo traktuojamas kaip muziejus: senoviniai smūgiai įamžinti po plonu, beoro dangumi. Tačiau naujas Valentin Bickel (Berno universitetas) ir Padujos astronominio observatorijos kolegų atliktas tyrimas to kritinio vaizdo keičia. Sudarydami 402 šviesių linijinių struktūrų katalogą — formaliai vadinamų lineae — ir iš naujo peržiūrėję jų pasiskirstymą, autoriai nupiešė planetos vaizdą, kuri vis dar perkelia medžiagą iš gelmių į paviršių.
Ryškios juostos matomos aplink kraterį Mercurijuje, nuotraukoje darytoje 2012 m. rugpjūčio 1 d.
Kaip jos atsirado? Tyrėjai į mašininiu mokymusi paremtą analizės sistemą įkėlė apie 100 000 aukštos raiškos vaizdų, užfiksuotų 2011–2015 m., ir surengė automatizuotą lineae paiešką bei kartografavimą šviesiajame Mercurijaus pusrutulyje. Iš duomenų išryškėjo pasikartojantys modeliai. Juostos linkusios kauptis ant dienai nukreiptų, staturesnių kraterių šlaitų — ten, kur dieninės įkaitos efektai stipriausi — ir jos dažnai prasideda netoli hollows (plikų, žėrinčių įdubų), žinomų iš ankstesnių misijų.
Kaip gali formuotis šios šviesios linijos
Viena paprasta idėja gerai dera su geometriniu išsidėstymu ir pastebėjimais: po plutą įstrigusių volatilių turtingų medžiagų migracija link paviršiaus vyksta per smūgių sukurtas skilimų tinklas. Kai saulės šviesa apšildo dienai nukreiptą šlaitą, volatiliai — galimi kandidatai yra sieros junginiai bei kiti žemo virimo taško komponentai — gali migruoti, sublimuoti arba chemiškai pakeisti viršutinį regolitą, palikdami šviežias, atspindinčias juostas. „Volatili medžiaga galėjo pasiekti paviršių iš gilesnių sluoksnių per uolienos skilimų tinklus, susidariusius dėl ankstesnio smūgio“, — aiškina Bickel. Hollows patys greičiausiai yra susiję su tuo pačiu procesu ir dažnai žymi vietas, kur požeminiai volatiliai jau buvo prarasti.
Tyrėjų komanda taip pat pažymi, kad lineae kitose kosminėse kūnuose greitai blanksta dėl kosminės atmosferos poveikio ir erdvės oro sąlygų (space weathering). Todėl daugelio Mercurijaus juostų ryškumas ir aštrumas rodo, jog jos arba vis dar formuojasi, arba aktyviai evoliucionuoja dabartyje — tai nėra vien tolima reliktų atmintis. Toks pastebėjimas turi svarbių pasekmių: jis keičia įsivaizdavimą apie tai, kaip šiluma, smūgiai ir cheminė sudėtis sąveikauja mažame, beveik be atmosferos turinčiame kūne.
Konceptualus šlaitų lineae susidarymo hipotezės vaizdas Mercurijuje.
Šlaitų lineae pavyzdžiai, kurie neprasidėjo nuo hollows.
Kodėl tai svarbu ne vien akademiniam smalsumui: jei Mercurijus aktyviai mobilizuoja volatilius, net jei epizodiškai, tai keičia mūsų supratimą apie volatilių išsaugojimą ir perskirstymą mažose, beorėse kūnuose. Tai taip pat užduoda konkrečius klausimus planetų mokslo bendruomenei, kuri dabar rengiasi naujiems duomenims: kokios cheminės jungtys dalyvauja, kokios temperatūros inicijuoja migraciją ar sublimaciją, ir kaip giliai gali būti volatilių sankaupos?
Norint patikslinti šias hipotezes, reikalingi keli matavimo tipai: trumpalaikiai ir ilgalaikiai fotografiniai stebėjimai, stereoinformacija reljefo modeliams atkurti, terminių skirtumų kartografavimas ir spektrinė analizė, kuri identifikuotų chemines sudedamąsias dalis ties lineae ir hollows. Tokie duomenys leis vertinti, ar pastebimos juostos formuojasi per ištisus geologinius laikotarpius, ar per trumpesnius epizodus, susijusius su dienine įkaita ar pastiprėjusiu kosminiu spinduliavimu.
Analizė, apie kurią pranešta Nature Communications Earth & Environment žurnale, atveria platesnį diskursą apie Marsą, Mėnulį, asteroidus ir kitus mažus kūnus: ar analogiškos struktūros gali būti interpretuojamos kaip volatilių judėjimo žymės ir kaip skiriasi jų evoliucija priklausomai nuo paviršiaus temperatūros, kompaktumo ir smūgių istorijos. Mercurijus, dėl savo ekstremalių dienonaktinių temperatūros svyravimų ir itin plonos atmosferos (egzosferos), suteikia unikalią laboratoriją studijuoti šiuos procesus be difuzinių atmosferos poveikių.
Metodika: dirbtinis intelektas ir vaizdų analizė
Tyrime panaudotas didelio masto vaizdų apdorojimas ir mašininis mokymasis. Automatinė linijų aptikimo grandinė leido apdoroti šimtus tūkstančių vaizdų, filtravo foninį triukšmą, atskyrė natūralias šešėlines struktūras nuo tikrųjų šviesių lineae ir suteikė statistinį vaizdą apie jų erdvinį pasiskirstymą. Tokia automatizacija reikalinga, nes rankinis vizualinis peržiūrėjimas tūkstančiams paviršiaus fragmentų būtų ekstremaliai darbo imlus ir subjektyvus.
Modeliai, naudojami šiam darbui, tikriausiai naudojo konvoliucinius neuroninius tinklus arba kitus vaizdų segmentavimo algoritmus, pritaikytus kosminių vaizdų specifikai: skirtingi apšvietimo kampai, dinamiškas kontrastas ir šešėliai reikalauja modelio apmokymo ant anotuotų pavyzdžių. Po automatizuotos detekcijos kiekviena lineae buvo patvirtinta/užfiksuota ir priskirta papildomoms metainformacijos kategorijoms — orientacijai, pradiniam taškui (pvz., ar šalia hollows), nuolydžiui ir kt. Tokia duomenų bazė suteikia tvirtą pagrindą tolimesniems kiekybiniams testams.
Galimi volatilių kandidatai ir cheminės reakcijos
Kalbant apie konkrečius junginius, kuriuos galima laikyti atsakingais už ryškias juostas, tyrėjai kelia galimybę, jog tai būtų sieros turintys junginiai ir kiti žemo virimo taško elementai arba jų junginiai. Mercurijaus paviršių formuoja gana sudėtinga cheminė istorija: jis turi metalinį branduolį, ploną mantiją ir regolitą su įvairiomis priemaišomis, o ankstesni radarų ir spektriniai tyrimai rodo, jog Mercurijuje yra sidabrinės ir sieros grupės elementų sankaupų.
Volatili medžiaga, kilusi iš gyvų ar anksčiau įstrigusių sluoksnių, gali pereiti per kapiliarinio tipo skilimus, išeiti į paviršių ir ten sublimuoti ar reaguoti su apatine medžiaga, sukurdama mažo masto tekstūrinius ir optinius pasikeitimus, matomus kaip šviesios juostos. Cheminė oksidacija, saulės UV poveikis ir termofizikiniai pokyčiai gali dar labiau pakeisti paviršiaus atspindį, todėl naujos juostos atrodo šviesesnės nei aplinka.
Laiko mastas ir erozija kosminėmis sąlygomis
Verta atkreipti dėmesį į laiko aspektą: kosminės sąlygos — tiesioginis saulės apšvitinimas, micrometeorito bombardavimas ir šalto-karšto ciklai — linkusios „sugadinti" ir palaipsniui sumenkinti bet kokį naujai atidengtą ar chemically altered paviršių. Todėl jei Mercurijaus lineae išlieka aštrios ir ryškios, tai rodo, jog arba medžiaga pasirodė visai neseniai (geologiškai trumpas laikas), arba procesai, kurie jas formuoja, yra pasikartojantys ir periodiškai atnaujina paviršių.
Galimi laiko mastai gali svyruoti nuo kelių metų iki kelių milijonų metų, priklausomai nuo katalizatoriaus: ar tai yra sezoniniai ar dieniniai terminiai ciklai, ar retesni smūginiai įvykiai, kurie atveria gilesnius sluoksnius. Automatizuotas ilgalaikis stebėjimas lems, ar lineae atsiranda, blunka ar migruoja per žmogaus trukmės stebėjimo laiką.
Ateities stebėjimai ir BepiColombo reikšmė
Nauji orbitiniai duomenys iš misijų, koordinuojamų ESA ir JAXA — išskirtinai reikšminga yra BepiColombo misija — suteiks aukštesnės raiškos stereo vaizdus ir spektrinius matavimus, gebančius patikrinti volatilių hipotezę. Jei šie stebėjimai parodys erdvinius ar laiko pokyčius arba identifikuos sieros turinčių ar kitų lakių fazių spektrinius ženklus šalia lineae ir hollows, argumentai už dabartinę veiklą taps tvirtesni.
BepiColombo ilgesnis kampaninis stebėjimas, kelių instrumentų sintezė ir didesnė erdvinė raiška leis detalizuoti lineae geometriją, nustatyti jų santykį su įdubomis ir kraterių morfologija, bei įvertinti terminius parametrus, reikalingus volatilių migracijai inicijuoti.
Platesnės implikacijos planetų moksle
Tyrimo reikšmė neapsiriboja vien Mercurijumi: supratimas, kaip volatiliai kaupiasi, migruoja ir paskui prarandami mažose beorėse sistemose, yra kritiškas elementas modeliuojant planetų evoliuciją. Tai keičia mūsų požiūrį į vandens, sieros ar kitų laisvųjų fazių išlikimą asteroiduose, Mėnulyje ar net kai kuriose mažose egzoplanetose be tankios atmosferos.
Be to, praktiniai aspektai — pavyzdžiui, potencialūs ištekliai ateities robotinių ieškinių ar net būsimų tyrimų misijų — įgyja naują dimensiją: jei volatiliai gali būti lokalizuoti ir atnaujinami per geologinius laikotarpius, tai gali turėti reikšmės in situ išteklių naudojimui (ISRU) ir misijų planavimui.
Galiausiai, šie rezultatai primena, kad net mažo dydžio ir atrodytų „mirę" planetų kūnai gali rodyti aktyvius procesus. Mercurijaus atvejis yra kvietimas peržiūrėti stereotipinius modelius ir platesnėje planetų tyrimų bendruomenėje skatinti tarpdisciplininius požiūrius — derinant geologiją, spektrinę analizę, termofiziką ir duomenų mokslo metodus.
Autoriai pažymi, jog nors dabartiniai įrodymai yra stiprūs, galutiniai atsakymai bus suteikti tik kombinavus naujus stebėjimus, eksperimentines analizes laboratorijose ir pažangesnius modelius. Iki tol Mercurijus nusiima nuo inertinių pasaulių lentynos ir vėl tampa vieta, kurioje po saulės nuklotomis juodomis ir šviesiomis plokštėmis vyksta procesai.
Šis darbas padidina mūsų pažinimo ribas ir atveria naujas hipotezes apie volatilių dinamiką Saulės sistemoje, skatindamas tolesnius stebėjimus, teorinius modelius ir tarptautinį bendradarbiavimą siekiant suprasti, kaip ir kodėl mažos planetos keičiasi šiandien.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą