Naukowcy od dawna zastanawiali się, dlaczego powierzchnia Merkurego jest tak ciemna. Najbardziej wewnętrzna planeta naszego Układu Słonecznego odbija znacznie mniej światła niż Księżyc, którego powierzchnia jest przyciemniana przez znajdujące się na niej materiały bogate w żelazo. Takie substancje są rzadkie na powierzchni Merkurego. Co jest więc czynnikiem, który nadaje mu taki odcień?

Około roku temu naukowcy zasugerowali, że wpływ na ciemny kolor planety może mieć węgiel. Miał się on wziąć na jego powierzchni z komet przybyłych do niego z zewnętrznego Układu Słonecznego. Ostatnio grupa naukowców pod nadzorem Patricka Peplowskiego z Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johna Hopkins’a sprawdziła dane dostarczone przez sondę misji MESSENGER przeprowadzonej przez NASA i potwierdziła, że duże ilości węgla rzeczywiście są obecne na powierzchni planety. Odkryli jednak również, że węgiel prawdopodobnie nie pochodzi z komet, lecz wziął się z głęboko obecnie już zakopanej pod powierzchnią pradawnej skorupy bogatej w grafit. Część tego grafitu została później wyniesiona na powierzchnię przez oddziaływania, które zaszły po tym, jak większość obecnej skorupy Merkurego została już ukształtowana. Wyniki badań zostały opublikowane 7 marca 2016 na internetowym portalu naukowym Advanced Online Publication of Nature Geoscience.

Naukowcy z Waszyngtońskiego Istytutu Naukowego Carnegiego, wyjaśnili: „Poprzednia hipoteza mówiąca, że węgiel wziął się na Merkurym z komet, bazowała na modelowaniu i symulacji. Już wcześniej zakładaliśmy, że to węgiel może być czynnikiem sprawiającym, że powierzchnia planety ma taki ciemny odcień, ale dopiero teraz mamy na to bezpośrednie dowody. Użyliśmy Spektrometru Neutronów sondy MESSENGER, by zbadać rozmieszczenie węgla na powierzchni i odkryliśmy, że jest on powiązany z najciemniejszą substancją na Merkurym, a ta najprawdopodobniej pochodzi z głębi skorupy planety. Ponadto użyliśmy neutronów oraz promieniowania rentgenowskiego, aby potwierdzić, że ciemna substancja nie jest wzbogacona w żelazo w przeciwieństwie do Księżyca, którego powierzchnia jest przyciemniana właśnie przez nie.”

Sonda MESSENGER uzyskała swoje dane w czasie wielokrotnych przelotów na wysokości poniżej 100 km nad powierzchnią planety w ostatnim roku swojej działalności. Dane wykorzystane do wykrycia węgla zawierały pomiary zebrane zaledwie kilka dni przed deorbitacją sondy i jej rozbiciem o powierzchnię Merkurego w kwietniu 2015 roku. Spektrometr neutronowy w czasie przelatywania nad najciemniejszymi połaciami Merkurego wykrył duże ilości neutronów o niskich energiach, co jest oznaką obecności węgla na jego powierzchni. Szacowanie ilości węgla wymaga połączenia danych ze spektrometru z bazami innych danych MESSENGER, w tym pomiarów promieniowania rentgenowskiego i widma światła odbitego. Te dane po połączeniu wskazują na to, że masa skał na powierzchni składa się w nawet kilku procentach z węgla grafitowego, co jest znacznie wyższą wartością niż na innych planetach Układu Słonecznego. Biorąc pod uwagę odbite spektrum światła w widzialnym zakresie i dobre warunki do powstania grafitu, materiał ten wydaje się najlepiej pasować do danych.

Kiedy Merkury był bardzo młody, prawdopodobnie znaczna część planety była tak gorąca, że znajdował się tam ocean płynnej magmy. Opierając się na eksperymentach laboratoryjnych i modelowaniu naukowcy zasugerowali, że wraz z ochładzaniem się oceanu większość twardniejących materiałów najprawdopodobniej by się zatopiła. Wyjątkiem w tym przypadku mógłby być grafit, który utrzymywałby się na powierzchni tworząc pierwotną skorupę Merkurego.

„Odkrycie obfitości węgla na powierzchni sugeruje, że to, co widzimy może być mieszanką pozostałości po pierwotnej pradawnej skorupie Merkurego, skał wulkanicznych i materiału rozrzuconego przez komety. Te wyniki to testament wielkiego sukcesu misji MESSENGER. Są nowym punktem na długiej liście różnic pomiędzy najbardziej wewnętrzną planetą a jej sąsiadami. Dają nam dodatkowe wskazówki na temat początków i wczesnej ewolucji wewnętrznego Układu Słonecznego” – podsumował Nittler.