Учёные впервые обнаружили литий в экзосфере Меркурия с помощью анализа магнитных волн

Фотография Меркурия, сделанная аппаратом MESSENGER. Автор: NASA/JPL.

Используя передовую технологию анализа магнитных волн, новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, впервые выявило наличие лития в экзосфере Меркурия.

Экзосфера Меркурия — это крайне разреженная среда, где молекулы газа почти не взаимодействуют друг с другом. Начиная с 1970-х годов, миссии вроде Mariner 10 и позже MESSENGER собирали данные об этой планете.

Благодаря информации, полученной с помощью телескопов и космических аппаратов, учёные ранее обнаружили в экзосфере Меркурия водород, калий, натрий и железо.

Наличие щелочных металлов, таких как калий и натрий, натолкнуло исследователей на мысль, что там может присутствовать и литий, учитывая современные представления о формировании планет.

Долгое время поиски лития не давали результатов, что указывало на его крайне низкую концентрацию в экзосфере.

Группа учёных под руководством Даниэля Шмида из Австрийской академии наук подошла к проблеме с новой стороны. Вместо прямого поиска атомов лития они проанализировали магнитные поля, обнаружив характерные электромагнитные волны, известные как «волны циклотронного резонанса ионов» (ICWs), которые указывают на присутствие лития.

«Во время анализа данных MESSENGER мы обнаружили сигнатуры волн циклотронного резонанса, которые можно объяснить наличием недавно ионизированного лития», — пояснил Шмид в интервью Phys.org.

Как работает метод?

ICWs возникают в результате физических процессов на поверхности Меркурия и в его атмосфере. Когда нейтральные атомы лития поднимаются с поверхности планеты, они подвергаются воздействию солнечного ультрафиолетового излучения, которое отрывает от них электроны, превращая их в заряженные ионы.

Эти ионы захватываются солнечным ветром — потоком заряженных частиц от Солнца. Разница в скорости между свежеионизированными частицами лития и солнечным ветром создаёт электромагнитные волны, которые можно зафиксировать.

«Каждый элемент имеет свою уникальную электромагнитную сигнатуру, и волны возникают на характерных частотах, что позволяет нам идентифицировать их присутствие», — объяснил Шмид.

Иллюстрация механизма генерации волн циклотронного резонанса в пространстве вокруг Меркурия. Автор: Nature Communications (2025).

Происхождение лития

Кратковременный и спорадический характер обнаруженных сигналов указал на их возможное происхождение. Учёные исключили медленные процессы, такие как тепловое нагревание, и пришли к выводу, что литий высвобождается в результате метеоритных ударов.

Когда метеороиды сталкиваются с поверхностью Меркурия на скорости около 110 км/с, они создают взрывные ударные волны, испаряя как сам метеороид, так и материал поверхности планеты. Температура при этом достигает 2500–5000 Кельвинов, что достаточно для выброса лития в экзосферу.

«Обнаружение лития и его связь с ударами метеороидов подтверждает гипотезу о том, что они не только доставляют новые вещества, но и высвобождают уже существующие запасы с поверхности», — отметил Шмид.

Новый взгляд на Меркурий

Эти открытия меняют представление о формировании Меркурия. Ранее считалось, что близость к Солнцу должна была лишить планету летучих элементов, но данные MESSENGER показали обратное.

«Меркурий обладает аномально высокой плотностью, с непропорционально большим железным ядром. Одна из гипотез предполагает, что мощное столкновение в прошлом лишило его большей части мантии и летучих веществ. Однако наши данные противоречат этой идее», — пояснил Шмид.

Исследование предполагает, что поверхность Меркурия обогащалась в течение миллиардов лет за счёт метеоритной бомбардировки. Это открытие может изменить понимание эволюции каменистых планет.

Новый метод также может быть применён для изучения разреженных атмосфер других небесных тел, таких как Луна, Марс и астероиды.

Дополнительная информация: Daniel Schmid et al, Detection of lithium in the exosphere of Mercury, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61516-4.