Tajemství tmavé barvy povrchu Merkuru odhaleno

Povrch planety Merkury je neobyčejně tmavý. Odráží mnohem méně světla než například Měsíc, který s Merkurem sdílí řadu podobných podmínek – například absenci atmosféry a významného magnetického pole, které by chránilo povrch tělesa před okolním kosmickým zářením. Při srovnání relativně čerstvých impaktních kráterů na Měsíci a Merkuru vědci zjistili, že materiál vyvržený do okolí na Merkuru odráží v průměru o dvě třetiny méně světla, než na Měsíci. Díky vzorkům odebraných na povrchu Měsíce víme, že tmavost Měsíce je způsobena přítomností minerálů bohatých na železo. Nicméně tyto prvky na povrch Merkuru ve větší míře nepozorujeme. Zůstávalo tak záhadou, jaká látka je za tmavost Merkuru zodpovědná. Vědci předpokládali, že by to mohl být uhlík, který je schopen vytvářet tmavé sloučeniny, nicméně zůstávalo nejasné, odkud by se na povrch Merkuru dostal. 

Přibližně před rokem vyšla vědecká studie, která naznačovala, že by jeho původ mohl být spojen s kometami. Tato tělesa, tvořená ledem a shlukem hornin, obsahují poměrně vysoké zastoupení uhlíku (až 18 hmotnostních procent), který se může během průletu komety vnitřní částí sluneční soustavy uvolnit a následně se usadit na povrch jiného tělesa (a nutno dodat, že se uhlík může dostat na povrch tělesa také během přímé srážky komety s planetou). Uhlík by se tak na povrch Merkuru měl dostat postupnou akumulací – Merkur by měl tak v čase tmavnout. Nicméně v takovém případě by se nabízela otázka, proč nejsou podobně tmavá i jiná tělesa ve sluneční soustavě? A to i přes to, že Merkur je vystaven srážkám těles bohatých na uhlík až padesátkrát častěji, než jiná tělesa sluneční soustavy. A právě na tento problém se pokusil najít odpověď vědecký tým pod vedením Patricka Peplowskiho z Johnson Hopkins University. Peplowski s kolegy nejprve za použití spektroskopických dat pořízených americkou planetární sondou MESSENGER potvrdili vysoké zastoupení uhlíku na povrchu přesně v těch oblastech, které se jeví při pozorování jako nejvíce tmavé. Tím potvrdili dřívější předpoklad, že uhlík je tím hlavním důvodem způsobujícím tmavost planety. Současně se jim povedlo vyloučit, že by tyto tmavé oblasti byly spojeny s vyšším výskytem minerálů obsahujících železo. Tedy prvku, který je zodpovědný za tmavost pozemského Měsíce.

Snímek impaktního kráteru Basho. V okolí kráteru je jasně rozpoznatelný tmavší materiál, který byl vyvržen na povrchu Merkuru během dopadu tělesa. Zdroj snímku NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington, volné dílo.

Vědci během výzkumu současně zjistili, že zdroj uhlíku musí být jiný, než se dříve předpokládalo. Uhlík nepochází z komet – jeho rozšíření na povrchu tomu totiž nenapovídá – spíše se zdá, že musí pocházet z nitra planety. K tomuto závěru tým dovedlo pozorování, že vyšší koncentrace uhlíku jsou totiž vázány na oblasti impaktních kráterů obnažujících starší povrch. Abychom pochopili, proč tomu tak je, musíme si vysvětlit, k čemu během samotného impaktu dochází. Během srážky je narušen povrch těchto těles – tím vlastně dochází ke zničení nejmladší geologické jednotky, která se na povrchu nachází a kterou my můžeme pozorovat. Dopadající těleso vyhloubí na tváři planety či měsíce jizvu, která obnažuje starší povrch, jenž byl doposud skrytý pod vrstvou mladších hornin. Současně je část podloží tvořeného starším materiálem vyvržena do okolí místa srážky, čímž dojde k promíchání starších a mladších hornin. Impaktní krátery tak vlastně představují druh sondy umožňující nám spatřit část starších hornin a tím vlastně poodhalit minulost tělesa.

V případě Merkuru vědci spatřili, že impaktní krátery odhalily starší kůru obohacenou o grafit, tedy o minerál tvořený uhlíkem. Spektroskopická data dokonce umožnila určit, že grafit hraje ve starší kůře významnou roli. Jeho koncentrace totiž dosahuje několika hmotnostních procent, což je mnohem více, než je běžné na jiných terestrických tělesech sluneční soustavy. Jak je to možné? Zdá se, že na Merkuru je možné pozorovat prastarou kůru, která vznikla zchladnutím magmatického oceánu. V případě ostatních těles byla tato prastará kůra buď pohřbena pod mocné nánosy nových mladších hornin, anebo kompletně přetvořena vlivem geodynamických procesů, jako je tomu v případě Země vlivem deskové tektoniky. Numerické modely a laboratorní testy tento předpoklad potvrzují. Ukazují totiž, že během chladnutí magmatického oceánu – tedy v době, kdy dochází ke krystalizaci magmatu – vzniká řada minerálů, které jsou většinou příliš těžké na to, aby byly schopny plavat v okolním magmatu. Tyto nově vzniklé minerály se tak začnou potápět do nitra planety a tím ochuzovat vznikající kůru o různé prvky. Výjimku představuje právě grafit, který má hustotu tak akorát. Je tedy schopen v magmatickém oceánu plavat při povrchu. To mu umožňuje, aby se stal součástí prvotní planetární kůry a tím se stal jedním z jejich podstatných složek.

Výzkum Merkuru nám tak dal do ruky možnost, jak se můžeme dozvědět více o raných fázích formování terestrických těles a tak lépe porozumět vzniku a vývoji i naší planety – Zemi.