Se muestra una imagen de radar de la región polar norte de Mercurio superpuesta en un mosaico de imágenes de MENSAJERO de la misma área. Crédito: NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Instituto Carnegie de Washington / Centro Nacional de Astronomía e Ionosfera, Observatorio de Arecibo
Hace más de 20 años, se vieron materiales brillantes por radar en la región del polo norte en Mercurio, y desde entonces los científicos han postulado que el hielo de agua podría estar escondido allí en regiones permanentemente sombreadas. Los últimos datos de la nave espacial MESSENGER, ahora en órbita alrededor del planeta más cercano al Sol, confirman que Mercurio en realidad retiene el hielo de agua y el material orgánico dentro de los cráteres permanentemente sombreados en su polo norte. Los científicos dijeron hoy que Mercurio podría contener entre 100 mil millones y 1 billón de toneladas de hielo de agua en ambos polos, y el hielo podría tener hasta 20 metros de profundidad en algunos lugares. Además, el material oscuro intrigante que cubre el hielo podría contener otros volátiles como los orgánicos.
El equipo MESSENGER publicó tres artículos esta semana en la revista Science, que presentan tres nuevas líneas de evidencia de que el hielo de agua domina los componentes dentro de los cráteres en el polo norte de Mercurio.
"El hielo de agua pasó tres pruebas desafiantes y no conocemos ningún otro compuesto que coincida con las características que hemos medido con la nave espacial MESSENGER", dijo el investigador principal de MESSENGER, Sean Solomon, en una sesión informativa hoy. "Estos hallazgos revelan un capítulo muy importante de la historia de cómo el hielo de agua ha sido entregado a los planetas interiores por los cometas y los asteroides ricos en agua a lo largo del tiempo".
MESSENGER llegó a Mercurio el año pasado y los datos del espectrómetro de neutrones y el altímetro láser de la nave espacial se utilizaron para hacer las observaciones en el polo norte del planeta.
Una capa de hielo de agua de varios metros de espesor se ilustra en blanco. Abundantes átomos de hidrógeno dentro del hielo impiden que los neutrones escapen al espacio. Una firma de mayores concentraciones de hidrógeno (y, por inferencia, hielo de agua) es una disminución en la tasa de detección de neutrones por parte del MENSAJERO del planeta. Crédito: NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Carnegie Institution of Washington
La espectroscopía de neutrones mide las concentraciones promedio de hidrógeno dentro de las regiones brillantes de radar de Mercurio, y los científicos pudieron deducir las concentraciones de hielo de agua a partir de las mediciones de hidrógeno.
"Los datos de neutrones indican que los depósitos polares brillantes del radar de Mercurio contienen, en promedio, una capa rica en hidrógeno de más de diez centímetros de espesor debajo de una capa superficial de 10 a 20 centímetros de espesor que es menos rica en hidrógeno", dijo David Lawrence, un MENSAJERO Científico participante del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins y autor principal de uno de los artículos. "La capa enterrada tiene un contenido de hidrógeno consistente con hielo de agua casi puro".
Esta imagen muestra la luz solar que alcanza el piso y el borde del cráter Prokofiev. Las porciones orientadas al norte del borde y el interior permanecen en sombra perpetua, al igual que las de otros numerosos cráteres. Haga clic en la imagen para ver una película que simula aproximadamente la mitad de un día solar de Mercurio (176 días terrestres) y utiliza el modelo digital del terreno derivado de las mediciones de MLA. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center / Massachusetts Institute of Technology / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Carnegie Institution of Washington.
Los datos del Altímetro láser de mercurio (MLA) de MESSENGER, que ha disparado más de 10 millones de pulsos láser a Mercurio para hacer mapas detallados de la topografía del planeta, corroboran los resultados del radar y las mediciones del espectrómetro de neutrones de la región polar de Mercurio. Gregory Neumann, del Centro de Vuelo Goddard de la NASA, autor principal del segundo artículo, dijo que el equipo utilizó datos topográficos para desarrollar modelos de iluminación para los cráteres del polo norte de Mercurio, revelando depósitos irregulares oscuros y brillantes en la longitud de onda del infrarrojo cercano cerca del polo norte de Mercurio.
"La verdadera sorpresa es que había áreas oscuras alrededor de áreas brillantes que eran más penetrantes que las áreas brillantes de radar", dijo Neumann en la sesión informativa del jueves. "Son una manta que protege los volátiles brillantes que se encuentran debajo".
Neumann dijo que los impactos de cometas o asteroides ricos en volátiles podrían haber proporcionado depósitos oscuros y brillantes, un hallazgo corroborado en un tercer artículo dirigido por David Paige de la Universidad de California, Los Ángeles.
Paige y sus colegas proporcionaron los primeros modelos detallados de las temperaturas superficiales y cercanas a la superficie de las regiones del polo norte de Mercurio que utilizan la topografía real de la superficie de Mercurio medida por MLA. Las mediciones "muestran que la distribución espacial de regiones de retrodispersión de radar alto está bien igualada por la distribución prevista de hielo de agua térmicamente estable", dijo.
Un mapa de "permafrost" en Mercurio que muestra las profundidades calculadas debajo de la superficie en la que se predice que el hielo de agua es térmicamente estable. Las áreas grises son regiones que son demasiado cálidas a todas las profundidades para el hielo de agua estable. Las regiones coloreadas son lo suficientemente frías para que el hielo subsuperficial sea estable, y las regiones blancas son lo suficientemente frías como la superficie expuesta del hielo para ser estables. Los resultados del modelo térmico predicen la presencia de hielo de agua superficial y subsuperficial en los mismos lugares donde se observan por radar terrestre y observaciones MLA. Crédito: NASA / UCLA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Carnegie Institution of Washington
Según Paige, el material oscuro es probablemente una mezcla de compuestos orgánicos complejos entregados a Mercurio por los impactos de cometas y asteroides ricos en volátiles, los mismos objetos que probablemente entregaron agua al planeta más interno. El material orgánico puede haberse oscurecido aún más por la exposición a la fuerte radiación en la superficie de Mercurio, incluso en áreas permanentemente sombreadas.
Este oscuro material aislante es una pieza nueva e intrigante de la historia de Mercurio que MESSENGER está tratando de desentrañar, dijo Solomon, y plantea preguntas sobre qué tipos de compuestos orgánicos se pueden encontrar allí. Solomon agregó que Mercurio ahora puede convertirse en un objeto de interés para la astrobiología, pero dijo en términos claros que ninguno de los científicos cree que haya vida en Mercurio. Sin embargo, esto podría proporcionar información sobre el surgimiento de compuestos orgánicos en la Tierra.
Además, el científico dijo que hay cero posibilidades de agua líquida en Mercurio, a pesar de que las temperaturas en algunas regiones serían propicias para el agua líquida. Pero sin atmósfera en Mercurio, el agua no se quedaría por mucho tiempo. "Sería hielo o vapor muy rápido", dijo Paige.
Este esquema de la órbita del MENSAJERO ilustra algunos de los desafíos para adquirir observaciones de la región del polo norte de Mercurio. Crédito: NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Carnegie Institution of Washington
Solomon dijo que obtener estas medidas no ha sido fácil ni rápido. "Incluso en las latitudes más altas alcanzadas por MESSENGER, la nave espacial debe mirar en un ángulo oblicuo para mirar las regiones del polo norte", dijo.
Durante su misión orbital primaria, MESSENGER estaba en una órbita de 12 horas y estaba a una altitud entre 244 y 640 km en el punto más al norte de su trayectoria. Desde abril de 2012, MESSENGER ha estado en una órbita de 8 horas, como se muestra arriba, y ha estado a una altitud entre 311 y 442 km en el punto más al norte de su trayectoria. Incluso a partir de estas ventajas de alta latitud, los depósitos polares de Mercurio llenan solo una pequeña porción del campo de visión de muchos de los instrumentos de MESSENGER.
Pero a pesar de los desafíos, dijo Solomon, el año y medio de MESSENGER en órbita ahora ha arrojado resultados claros.
Fuentes: MENSAJERO, NASA
