À l'aide d'une technique de détection d'ondes magnétiques de pointe, une nouvelle étude dans Communications de la nature a identifié le lithium dans l'exosphère de Mercury pour la première fois.
L'exosphère de Mercure est un environnement fragile où les molécules de gaz sont rares et interagissent rarement les uns avec les autres. Depuis les années 1970, des missions comme le Spacecraft Mariner 10 et plus tard, le Messager a orbité du mercure, collectant des données.
Grâce aux informations recueillies par les missions et les télescopes sur Terre, les scientifiques ont constaté que des espèces telles que l'hydrogène, le potassium, le sodium et le fer sont présentes.
La découverte de métaux alcalins comme le potassium et les scientifiques a conduit les scientifiques à spéculer que d'autres métaux alcalins, tels que le lithium, devraient exister sur la base de la compréhension actuelle de la formation planétaire.
Au fil des ans, la plupart des efforts n'ont donné aucun résultat, ce qui implique que le lithium peut être présent dans des concentrations extrêmement faibles dans l'exosphère.
Le groupe de recherche dirigé par Daniel Schmid à l'Académie autrichienne des sciences a approché la recherche sous un nouveau angle.
Au lieu de rechercher directement des atomes de lithium, ils ont utilisé des mesures de champ magnétique pour identifier une signature d'onde électromagnétique appelée « ondes de cyclotron à pick-up » (ICWS), indiquant la présence de lithium.
« Au cours de notre enquête (sur les données de champ magnétique de Messenger), nous avons identifié des signatures d'ondes de cyclotron à ion de ramassage qui pourraient être attribuées au lithium fraîchement ionisé », a déclaré Schmid à Issues.fr.
« Cette découverte suggère que la surface de Mercury a été enrichie d'éléments volatils par des impacts météoritiques continus, ce qui facilite également leur libération dans l'exosphère et l'espace. »
Détection des signatures
Les ICW sont formées à la suite de multiples processus physiques mis en mouvement à la surface de Mercure et dans son atmosphère.
Lorsque des atomes de lithium neutre voyagent vers le haut de la surface de Mercure dans l'espace, ils rencontrent un rayonnement ultraviolet solaire intense. Ce rayonnement élimine les électrons des atomes de lithium, les transformant en ions lithium chargés.
Ces particules nouvellement ionisées sont balayées par le vent solaire – le flux constant de particules chargées – provenant du soleil.
Lorsque le vent solaire « reprend » ces ions de lithium frais, il crée une instabilité dans le plasma environnant. La différence de vitesse entre les ions lithium et les particules de vent solaire fraîchement formées est ce qui donne naissance à des ondes électromagnétiques qui se propagent dans l'espace.
Ils produisent un signal caractéristique. Ils oscillent à la fréquence du cyclotron à ions lithium, une fréquence caractéristique déterminée entièrement par le rapport masse / charge unique du lithium et la force du champ magnétique local.
Il s'apparente à chaque élément ayant sa propre empreinte digitale électromagnétique.
« Les ions de ramassage produisent des ondes à des fréquences caractéristiques, nous permettant d'identifier leur présence à travers leurs signatures magnétiques », a expliqué Schmid.
« Ni les détecteurs de particules à bord de Mariner 10 et Messenger ni de télescopes au sol n'ont pu confirmer la présence de lithium, malgré les attentes de l'existence de lithium en fonction de la détection d'autres éléments volatils. »
L'équipe de recherche a analysé quatre ans de données sur le terrain magnétique de Messenger, identifiant 12 événements indépendants où les ICW sont apparus. Il ne dure que des dizaines de minutes, chaque événement a donné une brève fenêtre sur la libération de lithium dans l'atmosphère ténue de Mercury.
Bombardement météoroïde
La nature sporadique et de courte durée de ces détections a fourni des indices cruciaux sur l'origine du lithium. Les chercheurs ont exclu les processus d'action lente, notamment le chauffage thermique et les bombardements solaires en cours.
Au lieu de cela, tous les signes indiquaient des événements explosifs de courte durée, tels que les impacts météoroïdes.
Lorsque les météoroïdes frappent la surface de Mercure à des vitesses d'environ 110 kilomètres par seconde, ils créent des impacts explosifs qui vaporisent à la fois la roche entrante et le matériau de surface du mercure.
Les impacts créent des nuages de vapeur chauffés à 2 500 à 5 000 Kelvin, suffisamment élevés pour loft au lithium des atomes dans l'exosphère de Mercury.
« La détection du lithium – et son association avec des événements d'impact – soutient rapidement l'hypothèse », a déclaré Schmid. « Il démontre que les météoroïdes fournissent non seulement de nouveaux matériaux mais vaporisent également les dépôts de surface existants, libérant des volatils dans l'exosphère et soutenant un cycle dynamique de l'alimentation. »
Les chercheurs ont estimé que les météoroïdes responsables des détections de lithium variaient de 13 à 21 centimètres en rayon, avec des masses comprises entre 28 000 et 120 000 grammes.
Remarquablement, ces impacts peuvent se vaporiser environ 150 fois plus de matériau de surface que la propre masse du météoroïde.
Réécrire l'histoire de Mercury
Ces résultats remettent en question les opinions traditionnelles de la façon dont Mercury a acquis sa composition. Les premiers modèles ont suggéré que la proximité de Mercure avec le soleil aurait dû éliminer les éléments volatils pendant la formation de la planète, laissant un monde relativement stérile.
« Le mercure a une densité de masse inhabituellement élevée, avec un noyau de fer surdimensionné par rapport à son manteau rocheux », a expliqué Schmid.
« Une hypothèse suggère qu'une collision précoce massive, combinée à la proximité de la planète avec le soleil, a supprimé une grande partie du manteau et de ses volatiles. Cependant, Messenger a détecté des quantités importantes d'éléments volatils, contredisant cette idée. »
Au lieu de cela, la recherche suggère un récit différent. La surface de Mercury a été continuellement enrichie au cours des milliards d'années grâce à un bombardement météoroïde. Cela offre une nouvelle perspective sur la façon dont les planètes rocheuses évoluent sous un bombardement soutenu.
Au-delà de son application à Mercure, l'approche pourrait aider les scientifiques à explorer des atmosphères minces dans tout le système solaire, en particulier dans les endroits où la collecte directe des données est difficile.
« Ils suggèrent que même des corps sans air comme la Lune, Mars et Astéroïdes peuvent acquérir des volatils après la formation par accouchement extraterrestre », a noté Schmid.
« En fait, cela a déjà été démontré sur la lune. Cela a des implications importantes pour comprendre la chimie de surface et l'altération de l'espace à long terme à travers le système solaire intérieur. »
Écrit pour vous par notre auteur Tejasri Gururaj, édité par Gaby Clark, et vérifié et examiné par Andrew Zinin – cet article est le résultat d'un travail humain soigneux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
