Het gloeiend hete oppervlak van Mercurius lijkt een onwaarschijnlijke plek om ijs te vinden, maar onderzoek van de afgelopen drie decennia heeft gesuggereerd dat water bevroren is op de eerste rots van de zon, verborgen op kratervloeren die permanent worden overschaduwd door de verschroeiende stralen van de zon. Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van de Brown University suggereert dat er veel meer ijs op het oppervlak van Mercurius zou kunnen zijn dan eerder werd gedacht.

De studie, gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven , voegt drie nieuwe leden toe aan de lijst van kraters nabij de noordpool van Mercurius die grote oppervlakte-ijsafzettingen lijken te herbergen. Maar naast die grote deposito's, het onderzoek toont ook bewijs aan dat afzettingen op kleinere schaal verspreid zijn rond de noordpool van Mercurius, zowel in kraters als in beschaduwd terrein tussen kraters. Die deposito's kunnen klein zijn, maar ze kunnen optellen tot veel meer voorheen niet-verklaard ijs.

"De veronderstelling was dat oppervlakte-ijs op Mercurius voornamelijk bestaat in grote kraters, maar we tonen ook bewijs voor deze kleinschalige afzettingen, " zei Ariel Deutsch, de hoofdauteur van de studie en een Ph.D. kandidaat bij Brown. "Het toevoegen van deze kleinschalige afzettingen aan de grote afzettingen in kraters draagt ​​aanzienlijk bij aan de oppervlakte-ijsvoorraad op Mercurius."

Het idee dat Mercurius misschien bevroren water had, ontstond in de jaren negentig, toen aardradartelescopen sterk reflecterende gebieden in verschillende kraters nabij de polen van Mercurius detecteerden. De as van de planeet heeft niet veel kanteling, zodat zijn polen weinig direct zonlicht krijgen, en de vloeren van sommige kraters krijgen helemaal geen direct zonlicht. Zonder een atmosfeer om de warmte van omringende oppervlakken vast te houden, Er is berekend dat de temperaturen in die eeuwige schaduwen laag genoeg zijn om waterijs stabiel te houden. Dat verhoogde de mogelijkheid dat deze "radarheldere" regio's ijs zouden kunnen zijn.

Dat idee kreeg een boost nadat NASA's MESSENGER-sonde in 2011 in de baan van Mercurius kwam. Het ruimtevaartuig detecteerde neutronensignalen van de noordpool van de planeet die consistent waren met waterijs.

Voor deze nieuwe studie Deutsch werkte samen met Gregory Neumann van NASA's Goddard Space Flight Center om een ​​diepe duik te nemen in de gegevens die door MESSENGER werden teruggestuurd. Ze keken specifiek naar de metingen van de laserhoogtemeter van het ruimtevaartuig. Het apparaat wordt meestal gebruikt om hoogte in kaart te brengen, maar het kan ook worden gebruikt om oppervlaktereflectie te volgen.

Neumann, een instrumentspecialist voor de MESSENGER-missie, hielp bij het kalibreren van het reflectiesignaal van de hoogtemeter, die kan variëren afhankelijk van of de meting direct boven het hoofd of onder een schuine hoek wordt genomen (bekend als "off-nadir"). Die kalibratie stelde de onderzoekers in staat afzettingen met een hoge reflectie te detecteren die consistent zijn met oppervlakte-ijs in drie grote kraters waarvoor alleen detecties buiten het dieptepunt beschikbaar waren.

De toevoeging van die kraters aan de ijsvoorraad van Mercurius is aanzienlijk. Deutsch schat de totale oppervlakte van de drie bladen op ongeveer 3, 400 vierkante kilometer - iets groter dan de staat Rhode Island.

Maar een ander belangrijk aspect van het werk is dat de onderzoekers ook hebben gekeken naar reflectiegegevens voor het terrein rond die drie grote kraters. Dat terrein is niet zo helder als de ijskappen in de kraters, maar het is aanzienlijk helderder dan het gemiddelde Mercurius-oppervlak.

"We suggereren dat deze verbeterde reflectiehandtekening wordt aangedreven door kleinschalige ijsplekken die over dit terrein zijn verspreid, Deutsch zei. "De meeste van deze patches zijn te klein om individueel op te lossen met het hoogtemeterinstrument, maar gezamenlijk dragen ze bij aan de algehele verbeterde reflectie."

Om verder bewijs te zoeken dat dergelijke kleinschalige afzettingen bestaan, de onderzoekers keken door de hoogtemetergegevens op zoek naar plekken die kleiner waren dan de grote op kraters gebaseerde afzettingen, maar nog steeds groot genoeg om op te lossen met de hoogtemeter. Ze vonden er vier, elk met een diameter van minder dan ongeveer 5 kilometer.

"Deze vier waren precies degenen die we konden oplossen met de MESSENGER-instrumenten, " Deutsch zei. "We denken dat er waarschijnlijk veel, veel meer van deze, variërend in grootte van een kilometer tot enkele centimeters."

Wetende dat deze kleinschalige afzettingen bestaan, en dat ze waarschijnlijk de bron zijn van het iets helderdere oppervlak buiten de kraters, zou de ijsvoorraad op Mercurius drastisch kunnen vergroten. Soortgelijke kleinschalige ijsafzettingen worden verondersteld te bestaan ​​op de polen van de maan. Onderzoeksmodellen hebben gesuggereerd dat het verantwoorden van deze kleinschalige afzettingen ruwweg de hoeveelheid maanvastgoed dat ijs kan bevatten, verdubbelt. Hetzelfde zou kunnen gelden voor Mercurius, zeggen de onderzoekers.

Hoe dit poolijs in de eerste plaats zijn weg naar Mercurius heeft gevonden, blijft een open vraag, zegt Duits. De leidende hypothese is dat het werd geleverd door waterrijke komeet- of asteroïde-inslagen. Een ander idee is dat waterstof door zonnewind in het oppervlak is geïmplanteerd, later gecombineerd met een zuurstofbron om water te vormen.

Jim hoofd, Deutsch's Ph.D. adviseur en co-auteur van het onderzoek, zei dat het werk een nieuw perspectief geeft op een kritische vraag in de planetaire wetenschap.

"Een van de belangrijkste dingen die we willen begrijpen, is hoe water en andere vluchtige stoffen worden gedistribueerd door het binnenste zonnestelsel - inclusief de aarde, de maan en onze planetaire buren, Head zei. "Deze studie opent onze ogen voor nieuwe plaatsen om te zoeken naar bewijs van water, en suggereert dat er veel meer van op Mercurius is dan we dachten."