В ожидании Меркурия

Прибор PHEBUS установлен на аппарате MPO таким образом, что во время пролетов Меркурия он мог проводить наблюдения поверхности и экзосферы планеты. Таких пролетов, а точнее гравитационных маневров, необходимых для погашения скорости и выхода на рабочую орбиту, вблизи Меркурия было шесть. PHEBUS проводил научные наблюдения в ходе четырех, поскольку траектория некоторых пролетов не всегда позволяла оптическим приборам наблюдать Меркурий из-за опасности солнечной засветки. Результаты этих наблюдений сейчас обрабатываются, часть уже была опубликована в журнале Journal of Geophysical Research: Planets и других.

Во время второго и третьего пролетов Меркурия прибору PHEBUS удалось наблюдать свечение магния в экзосфере на длине волны 285.2 нм и построить графики зависимости свечения магниевой экзосферы в зависимости от высоты — так называемые высотные профили. По ним можно понять, какова концентрация магния на разных высотах и насколько высоко простирается магниевая атмосфера.

Считается, что основной источник магния в меркурианской экзосфере — удары микрометеоритов, которые испаряют часть поверхности. Таким образом, наличие этого элемента указывает на состав самой поверхности. Но насколько «глубока» эта связь? Не имея прямых наблюдательных доказательств, многие исследователи предполагали, что экзосфера Меркурия может не отражать основной состав поверхности. Поскольку натрий, калий, магний и другие металлы очень летучи, предполагалась, например, что что основная часть наблюдаемой экзосферы образуется из перераспределенных, осевших на поверхности атомов (так называемый поверхностный резервуар). Иными словами, экзосфера будет связана с этим резервуаром, а не с самим реголитом.

Впервые, и пока только для магния, в измерениях MESSENGER заметили зависимость между его плотностью в экзосфере и отношением магния к кремнию (Mg/Si) на поверхности. Таким образом, этот элемент особенно важен для исследования связи между распределением обилия металлов на поверхности и экзосферой.

Но изучать его сложно, так как атомов магния мало и яркость его мала. Кроме этого, MESSENGER из-за особенностей своей орбиты мог наблюдать только часть планеты. Таким образом, PHEBUS предстоит заполнить очень много пробелов в понимании этой проблемы.

Уже сейчас, сопоставив полученные с помощью PHEBUS профили с известными моделями экзосферы, исследователи оценили высоту магниевой экзосферы в 560–970 км, и температуру атомов магния на уровне её нижней границы (экзобазы), в 3000–5000 К.

Интересно, что и то, и другое значение оказались меньше, чем было измерено ранее для атомов кальция, тоже по данным PHEBUS: они и поднимаются выше над поверхностью Меркурия, и обладают большей в 5–10 раз энергией. Это, вероятно, связано с тем, что для фотодиссоциации молекул, содержащих магний, требуется меньшая энергия.

Кроме научных результатов, эти наблюдения важны для дальнейшей работы с данными PHEBUS: были уточнены алгоритмы для вычитания фонового излучения и проведены калибровки прибора. Он также проводил наблюдения во время четвертого и пятого пролетов, но результаты этих наблюдений ещё обрабатываются.

Во время первых пролетов PHEBUS также измерял альбедо (отражательную способность) поверхности планеты в экстремальном ультрафиолете, на длинах волн от 90 до 160 нм. Солнечные лучи в этом диапазоне спектра беспрепятственно достигают поверхности Меркурия, поэтому, регистрируя отраженный и рассеянный поверхностью свет, можно оценивать, из чего она состоит. Такие измерения были сделаны впервые за пятьдесят лет после единственных наблюдений аппаратом Mariner-10. По сравнению с Луной, УФ-альбедо Меркурия оказалось в два раза ниже, что может указывать на малое содержание окиси железа FeO в меркурианском грунте. Кроме того, по анализу формы измеренного спектра отражения были сделаны выводы о наличии кварца (диоксида кремния SiO₂) в грунте Меркурия. Количественные оценки содержания кварца ожидается получить после начала регулярных измерений в 2027 году.

В канале экстремального ультрафиолета прибор PHEBUS также наблюдал свечение гелия на длине волны 58.4 нм. По анализу интенсивности свечения удалось определить концентрацию частиц гелия на уровне экзобазы Меркурия. Она оказалась в 5–7 раз меньше предыдущих значений, измеренных Mariner-10 при той же фазе солнечной активности. Авторы исследования объясняют это несогласие в данных разным вкладом межзвездного гелия в экзосферу Меркурия во время измерений Mariner-10 и «БепиКоломбо».

Для окончательного ответа на этот и другие вопросы необходимы дальнейшие регулярные наблюдения, которые должны начаться после выхода аппаратов на рабочие орбиты в ноябре 2026 года.