ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ «НИЗКОШИРОТНЫХ ХОЛОДНЫХ ЛОВУШЕК» НА МЕРКУРИИ Козлова Е.А.

Изображение северного полюса Меркурия, полученные радиотелескопом Аресибо в 1998 – 1999 гг. (Harmon et al., 2001). Разрешение 3 км.

Предполагаемый состав грунта «холодной ловушки»: Водяной лед + силикатный материал (80% H2O + 20% реголит) (Felman et al., 1997). Сера + силикатный материал (80% S + 20% реголит) (Felman et al., 1997). Химическое соединение Толщина отложений, м Температура, K S1220 H2OH2O1110

Источники воды на поверхности Меркурия ИсточникВероятность столкновения, годˉ Масса льда, (* 10 г) Толщина отложений водяного льда, м Космическая пыль 0,3 - 60, Метеориты и астероиды 11 * 10 ˉº 0, ,1 - 8 Кометы 6,7 * 10 ˉº 0, ,

Источники серы: Удары метеоритов: Поверхность Меркурия богата соединениями серы и метеоритные удары по ней приводят к освобождению атомов S, которые впоследствии медленно мигрируют в области холодных ловушек (Sprague et al., 1995). Скорость образования отложений кристаллической серы: 10 м за 1 млрд. лет (Sprague et al., 1995).

«Низкоширотные» (φ < ± 85 º) области с аномальными свойствами Название области φλ Площадь постоянной тени в % от площади кратера V79,6° S79,6° W7,5 W81,3° N100,2° W11,3 T79,4° N13° W15,9 S79,1° N16,3° W18,2 R81,3° N12,5° W21,2 Q82,1° N39,3° W36,2 P82,9° N46,7° W37,2

Распределение максимальных температур внизкоширотных холодных ловушках (Vasavada et al., 1999)

Температурный режим грунта холодной ловушки c(T)ρ(x)dT/dt=d/dx(k(x,T)dT/dx) 0

с(T) – теплоемкость грунта ρ(x) – плотность вещества грунта E(t) – поток излучения от Солнца, падающий на данный участок поверхности кратера ε – коэффициент излучения (0,95 для Меркурия (Vasavada et al., 1999)) a – альбедо поверхности (0,09 для Меркурия) σ – постоянная Стефана-Больцмана F недр – поток тепла из недр (~ 10ˉ² Вт / м * К (Vasavada et al., 1999))

Свойства экранирующего слоя реголита Коэффициент теплопроводности реголита: k(x,T)=k1(x,T)+k2(x,T) (Щуко, 2001) k1(x,T) – коэффициент теплопроводности твердого вещества k2(x,T) – коэффициент лучистой теплопроводности в пустотах между частицами грунта k2(x,T)=χ* k1(x)* (T/350)³ (Щуко, 2001) k(x,T)=k1(x)*(1+χ*(T/350)³) Верхний слой: толщина 2 см k1=9,22*10- Вт/мK, χ = 1,48 (Vasavada et al., 1999) Нижний слой: k1=9,3*10- Вт/мK, χ = 0,073 (Vasavada et al., 1999)

Теплофизические параметры грунта «холодной ловушки» Плотность, кг/м3 Теплоемкость, Дж/кг K Реголит верхний слой 13000, ,1191 ((T- 300)/300)+0,0176 ((T- 300)/300)2 + 0,2721 ((T- 300)/300)3 Реголит нижний слой 18000, ,1191 ((T- 300)/300)+0,0176 ((T- 300)/300)2 + 0,2721 ((T- 300)/300)3 Водяной лед Сера 20700,5048 T + 697,62

Скорость испарения молекул воды (атомов серы) на границе лед-реголит (сера-реголит): E=αP/ [2πRTμ]½ (Watson et al., 1961) α – коэффициент конденсации =1 R – постоянная Больцмана P – давление насыщенного пара T – температура на границе лед-реголит (или сера - реголит).

J=μlE/2Δz (Schorghofer et al., 2007) l – размер гранул грунта (75 мкм) Δz – толщина экранирующего слоя реголита (10, 20 и 30 см) μ – масса молекулы воды (2,99 * кг) или атома серы (5,23 * кг) Испарение через экранирующий слой реголита

Скорость испарения водяного льда в области T: Кривая 1: нет экранирующего слоя реголита, Кривые 2, 3 и 4 –толщина экранирующего слоя 10, 20 и 30 см соответственно.

Время полного испарения водяного льда в области T при толщине льда 2 (кривая 1), 10 (кривая 2) и 20 м (кривая 3).

Время существования водяного льда

1. В областях S, P, Q, R, W и V отложения водяного льда могут существовать только при наличии экранирующего слоя реголита: для областей S, T и R толщина слоя реголита – 20 см. для областей P, Q, W и V толщина слоя реголита – 10 см. 2. Отложения серы могут существовать во всех «низкоширотных» областях без экранирующего слоя реголита.

Мессенджер 3 августа 2004 г. : запуск. 14 января 2008 года: первое сближение с Меркурием: расстояние 200 км. Изображение района северного полюса Меркурия ( messenger.juaple.edu)

6 октября 2008 г. : второе сближение с Меркурием. Высота 200 км. 29 сентября 2009 г. : третье сближение с Меркурием. Высота 200 км. 11 марта 2011 г. : переход на орбиту искусственного спутника Меркурия. Минимальная высота орбиты – 200 км, максимальная – км. Угол наклона орбиты - 80°.