Углеродное сердце Меркурия

Вулкан Ол-Доиньо-Ленгаи в Танзании уникален на Земле: его лава богата углеродными соединениями, которые плавятся при значительно более низких температурах, чем типичные кремниевые лавы других земных вулканов.

Не исключено, однако, что углеродные вулканы могут существовать и в других местах, в том числе на экзопланетах, или — как предполагается в недавно опубликованной в журнале Icarus статье — возможно, даже на планете Меркурий.

Хотя Меркурий известен с античных времен, изучать его чрезвычайно трудно из-за близости к Солнцу. Лучшие на сегодняшний день данные были собраны за последние двадцать лет зондом НАСА MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging). В частности, ученые обнаружили разбросанные по всей поверхности планеты загадочные углубления, которые они окрестили «дуплами» (hollows). Относительно яркий вид этих дупел указывает на то, что они сформировались в недавнее по геологическим меркам время, а возможно, формируются и по сей день. Происхождение и геохимический состав этих образований остаются неизвестными.

«Меркурий немного похож на Луну, так что больших вулканов мы там не ожидаем, — говорит Максимилиан Пауль Райтце, планетолог из Института планетологии Мюнстерского университета, первый автор исследования в Icarus. — Без вулканических условий, подобных земным или даже тем, что царят на спутнике Юпитера Ио, Меркурий, как полагают исследователи, должен быть в значительной степени геологически безжизненным». Иными словами, чтобы объяснить появление дупел, «нам нужен какой-то вулканизм в тех условиях, которые мы ожидаем найти на Меркурии», — поясняет Райтце.

Отсюда и интерес к Ол-Доиньо-Ленгаи, известному у народов масаев и сонджо как Гора Бога. Этот вулкан извергает лаву, состоящую из карбонатитов — магматических пород, более чем наполовину сложенных углеродом (и, как известно, содержащих критически важные минералы). Эти лавы текут при температурах примерно на 100°C ниже, чем палящая дневная температура Меркурия, достигающая 424°C. Если планета обладает богатыми углеродом недрами, как предположили Райтце и его коллеги, то дупла могут оказаться меркурианским вариантом Ол-Доиньо-Ленгаи.

У этой теории, впрочем, есть свои скептики.

«Мы знаем, что в коре Меркурия есть углерод, но его количество очень невелико, — отмечает Пол Бирн, планетолог из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, не принимавший участия в исследовании. — Он также указал, что поверхностные области с наибольшей концентрацией углерода не совпадают с участками повышенной концентрации дупел. — Будь это некая углеродная лава, она подразумевала бы куда больше углерода, чем мы можем предположить, учитывая, сколь широко распространены дупла».

Рождение странной планеты

Близость Меркурия к Солнцу означает, что космический аппарат НАСА «Маринер-10» впервые показал человечеству эту планету, пролетев мимо нее в 1974 и 1975 годах. Три десятилетия спустя миссия MESSENGER стала первым зондом, вышедшим на орбиту Меркурия; он картографировал всю поверхность планеты и обнаружил неожиданные черты, такие как дупла. Миссия BepiColombo — совместный проект Европейского космического агентства и Японского агентства аэрокосмических исследований — лишь третья миссия, когда-либо посещавшая эту планету; и когда в ноябре 2026 года два ее космических аппарата выйдут на орбиту, они почти неизбежно откроют нечто неожиданное, потому что планета эта чрезвычайно странная.

В отличие от Земли, Марса или Луны, Меркурий обладает чудовищно большим ядром и тонкой мантией.

«По сути, Меркурий — это расплавленный шарикоподшипник, обернутый тонким каменным одеялом, — говорит Бирн. — Одно из объяснений гласит, что на раннем этапе жизни планеты один крупный или несколько меньших ударов сорвали с нее внешнюю оболочку».

Возникает вопрос: что именно испарилось, а что осталось — особенно когда речь идет о попытке понять природу дупел. Многие планетологи предполагали, что вулканизм могли вызывать сульфиды в мантии, но у Райтце были сомнения.

«Проблема с сульфидами, как мне кажется, в том, что они стабильны вплоть до 1000°C или около того, а это не может объяснить взрывной вулканизм, необходимый для образования этих дупел», — пояснил он.

Вместо этого он и его соавторы связались с коллегой, работающим на Ол-Доиньо-Ленгаи, и тот добыл образец лавы для лабораторного исследования, пока она еще была расплавленной. Поскольку карбонатитовая лава чрезвычайно быстро вступает в химическую реакцию с земным воздухом, исследователям нужно было изолировать ее, чтобы понять, как неизмененный материал мог бы вести себя в условиях Меркурия — особенно в части инфракрасных спектров, которые могли бы быть подтверждены миссией BepiColombo.

Согласно гипотезе, предложенной Райтце и его коллегами, удары метеоритов разогревают богатую углеродом магму под поверхностью Меркурия, расплавляя ее и вызывая извержения. Дупла, которые часто встречаются на склонах меркурианских кратеров или на их центральных пиках, — это остатки тех извержений. Со временем дальнейшие метеоритные бомбардировки и интенсивное солнечное излучение уничтожили более старые дупла, поэтому все те, что видны на снимках MESSENGER, сформировались в последние 270 миллионов лет — по геологическим меркам, совсем недавно.

«Всякий раз, когда люди были в чем-то уверены в планетологии, планеты доказывали их неправоту».

«Карбонатитовый сценарий — интересный поворот, и я бы, конечно, не стал его исключать, — говорит Бирн. — Всякий раз, когда люди были в чем-то уверены в планетологии, планеты доказывали их неправоту. Я, безусловно, открыт к этой идее, но единственное ли это объяснение для всех дупел? Я настроен скептически».

И Бирн, и Райтце мечтают о будущем посадочном модуле на Меркурий — чрезвычайно сложном и дорогостоящем проекте, которого в ближайшее время никто не ожидает. Пока же оба согласны в том, что данные BepiColombo помогут ответить на вопрос, действительно ли самое «меркурианское» место на Земле — это вулкан в Танзании.

Танец углерода и пламени

Но пока зонд еще только летит к Меркурию, а споры о карбонатитовой гипотезе не утихают, стоит задуматься о более глубоком смысле этого сопоставления. Ол-Доиньо-Ленгаи и далекий Меркурий разделены сотнями миллионов километров, атмосферой, температурой и самим химическим составом реальности, и все же их связывает нечто фундаментальное: углерод — элемент, из которого состоит всё живое на Земле. Возможно, когда-то, на заре Солнечной системы, именно такие углеродные вулканы, извергавшие холодную лаву, поставляли в протопланетный диск те самые соединения, без которых жизнь в известной нам форме никогда бы не возникла.

И если когда-нибудь спускаемый аппарат действительно коснется поверхности Меркурия и возьмет пробу из загадочного дупла, мы, быть может, узнаем не только историю самой маленькой планеты, но и нечто важное о самих себе. О том, как углеродное дыхание вулканов, будь то в Африке или в окрестностях Солнца, повсюду пишет один и тот же химический почерк — почерк жизни, которая пока еще спит, но ждет своего часа.