Merkur: Žhavá planeta může ukrývat led. Kde? V kráterech na pólech

Zemská osa je od kolmého směru vůči rovině oběhu skloněna o 23° (což společně s oběhem naší planety kolem Slunce zajišťuje střídání ročních období). V okolí zemských pólů panuje střídavě na jedné či druhé polokouli půl roku polární noc a půl roku polární den. 

Rotační osa Merkuru je však kolmá na rovinu oběhu. I kdyby tedy na nejmenší planetě Sluneční soustavy existovala atmosféra, ke střídání ročních období by tam nedocházelo. Uvedená pozice rotační osy přináší ještě jednu zvláštnost: dna velkých a dostatečně hlubokých kráterů v blízkosti pólů se nacházejí trvale v naprosté tmě (atmosféra by sluneční záření rozptylovala). Proto ve zmíněných kráterech rovněž panuje pořádná zima – teploty se tam pohybují kolem −190 °C. V takových podmínkách pak může vodní led existovat neuvěřitelně dlouhou dobu.

Dráha a rotace

Dráha Merkuru kolem Slunce je velmi excentrická (eliptická), a planeta se tak pohybuje v rozmezí 46 až 70 milionů kilometrů od středu naší hvězdy. Počítačové simulace přitom naznačují, že zmíněná excentricita kolísala v průběhu několika milionů let od nuly (kruhová dráha) až po hodnotu 0,47 a v současné době činí 0,21. 

Jeden oběh kolem Slunce vykoná Merkur za 88 dnů, přičemž kolem vlastní osy se otočí jednou za 58,7 dne. Jde o příklad vázané rotace (spinorbitální interakce) v poměru 2 : 3, způsobené gravitačními silami. Z výše uvedeného vyplývá, že za dva oběhy kolem Slunce (176 dnů) se planeta otočí třikrát kolem vlastní osy. V minulosti byla přitom její rotace podstatně rychlejší – jedna otočka se uskutečnila pravděpodobně za osm hodin. Působením slapových sil se ovšem otáčení zpomalilo.

Radarový výzkum

Představu přítomnosti ledu na Merkuru přijali vědci již v roce 1991, kdy největší pozemní radioteleskop s průměrem antény 305 m (Arecibo v Portoriku) zachytil nezvykle silné radarové ozvěny z okolí pólů planety. Podařilo se tam nalézt skvrny, které odrážejí rádiové vlny způsobem, jaký bychom očekávali právě v případě přítomnosti vodního ledu. Během prvních pozorování zaznamenaly přístroje v okolí severního a jižního pólu dvacet oblastí, jež vykazovaly intenzivní radarové ozvěny.

Většina zmíněných ozvěn přitom odpovídá poloze velkých impaktních kráterů, které vyfotografovala již v polovině 70. let minulého století americká sonda Mariner 10. Astronomové tak zjistili, že nejsilnější radarové signály svědčící o přítomnosti vody přicházely právě z míst, kde se rozkládají krátery. Jelikož však sonda zmapovala asi pouze 45 % povrchu planety, chyběla planetologům kompletní mapa oblastí kolem pólů, aby mohli snímky navzájem porovnat. 

Nezávislé metody

Nová pozorování (uskutečněná kosmickou sondou NASA s názvem MESSENGER) poskytla přesvědčivou podporu pro hypotézu, že se na Merkuru může vyskytovat voda v podobě ledu a další zmrzlé těkavé látky v oblastech trvale ponořených do stínu, tj. na dně kráterů v polárních oblastech. Uvedené závěry vyplývají ze tří nezávislých způsobů výzkumu: změření přebytku vodíku v oblasti severního pólu planety pomocí přístroje Neutron Spectrometer na palubě sondy MESSENGER; změření odrazivosti depozitů v polárních oblastech Merkuru v oboru blízkého infračerveného záření pomocí přístroje Mercury Laser Altimeter (MLA); a detailní studium povrchu a povrchové teploty v oblasti severního pólu planety, k čemuž posloužila aktuální topografie povrchu Merkuru definovaná rovněž pomocí přístroje MLA.

Kosmická sonda MESSENGER pořizuje od roku 2011 kamerou Dual Imaging System nové snímky polárních oblastí. Potvrdilo se tak, že jasné skvrny pozorované pomocí radaru v okolí severního i jižního pólu se skutečně nacházejí na povrchu ukrytém v permanentním stínu, což podporuje teorii přítomnosti vodního ledu.

Přítomnost ledu potvrzena

Neutronový spektroskop na palubě sondy MESSENGER změřil průměrnou koncentraci vodíku v blízkosti jasných radarových skvrn. Objem vodního ledu pak vědci odvodili ze zjištěného množství uvedené látky. „Informace o množství neutronů naznačují, že jasné radarové skvrny v oblastech pólů představují na vodík bohaté vrstvy více než desítky centimetrů tlusté, ukryté pod povrchovou vrstvou silnou deset až dvacet centimetrů, která obsahuje menší množství vodíku,“ vysvětluje David Lawrence z Univerzity Johnse Hopkinse a dodává: „Obsah vodíku v ukrytých vrstvách téměř odpovídal jeho množství v čistém vodním ledu.“

Data z laserového výškoměru MLA potvrdila výsledky z radarového průzkumu a z měření pomocí neutronového spektrometru. Již první analýzy zastíněných polárních oblastí pomocí MLA odhalily na základě pozorování v oboru blízkého infračerveného záření tmavé a světlé usazeniny v okolí severního pólu planety. Závěry naznačují, že v polárních oblastech Merkuru se může nacházet sto miliard až jeden bilion tun vodního ledu, který se na planetu dostal při dopadech komet a planetek přilétajících z vnějších oblastí Sluneční soustavy. Koneckonců stejný původ má i převážná část vody na Zemi.