В 2008 году учёные из университета Иллинойса и университета Case Western Reserve предложили неожиданное объяснение давней загадке Меркурия. Речь идёт о странном несоответствии между внутренним строением планеты и её магнитным полем. Ответ, к которому пришли исследователи, звучит почти как научная фантастика: в недрах первой планеты идёт вечный железный снегопад.

Слабое поле и твёрдое ядро: первое предположение

Планетологов долго смущало магнитное поле Меркурия. Оно есть, но очень слабое — гораздо слабее земного. По логике, для генерации магнитного поля нужно жидкое проводящее ядро, в котором работают конвективные потоки. Однако слабость поля наводила на мысль, что ядро Меркурия, скорее всего, твёрдое и почти полностью застывшее. Такая картина долгое время считалась основной.

Всё изменилось в 2007 году, когда многолетние исследования привели специалистов к выводу: ядро Меркурия всё-таки жидкое. Но это открытие не столько решило проблему, сколько добавило новых вопросов. Если ядро жидкое, почему магнитное поле такое хилое? И как вообще оно может оставаться расплавленным на столь маленькой планете, которая к тому же находится так близко к Солнцу?

Железо, сера и высокое давление

Группа американских учёных решила подойти к проблеме экспериментально. Они воссоздали условия, царящие в недрах Меркурия: высокие температуры и огромное давление. В лабораторных установках исследователи составляли образцы из смеси железа и серы — двух ключевых компонентов, которые, как считается, формируют ядро планеты. Серу здесь стоит выделить особо: она снижает температуру плавления смеси, благодаря чему ядро может оставаться жидким даже при относительно низких температурах.

Образцы нагревали, сжимали, резко замораживали, а затем распиливали и анализировали их строение. Целью было понять, как ведёт себя железосерная композиция при разных условиях и как распределяются компоненты внутри ядра. Результаты позволили составить полную картину фазовых переходов, границ между состояниями и соотношения компонентов смеси в широком диапазоне температур и давлений.

Вечный снегопад в центре планеты

Выяснилась поразительная вещь. Во внешних слоях ядра железо конденсируется в виде кубических хлопьев или снежинок и выпадает вниз, к центру планеты. Этот «снег» падает непрерывно, расплавляясь только на большей глубине. Одновременно из нижней части ядра поднимается жидкое железо, обогащённое серой. Так возникают конвективные потоки — именно они, по мнению учёных, и отвечают за формирование магнитного поля Меркурия.

Профессор Цзе Ли, один из авторов исследования, объясняет: «Снежное ядро Меркурия открывает новые сценарии, объясняющие расположение зон конвекции и генерирование его глобального магнитного поля. Наши выводы имеют прямые последствия для понимания природы и эволюции ядра как Меркурия, так и других планет и спутников».

Уникальный случай в Солнечной системе

Такое «бинарное» снежное состояние ядра может оказаться уникальным среди планет земной группы и спутников Солнечной системы. Нигде больше не наблюдалось столь своеобразного механизма: ядро не вполне жидкое, но и не твёрдое — значительную его часть составляет вечно перемещающийся железный снег. Это открытие не только объясняет парадокс магнитного поля, но и заставляет по-новому взглянуть на эволюцию небесных тел.

Подробности работы авторы изложили в статье в журнале Geophysical Research Letters. Цзе Ли особо отметил, что новые данные помогут поместить «в новый контекст» информацию, которую передаст космический аппарат Messenger. Этот зонд пролетел вблизи Меркурия в январе 2008 года и должен был вернуться к планете в октябре того же года. Однако настоящий шквал открытий ожидался в 2011-м, когда Messenger окончательно вышел на орбиту Меркурия. Эксперименты на Земле и наблюдения с орбиты вместе обещали раскрыть глубинные тайны самой маленькой планеты Солнечной системы.