Alterarea suprafețelor fără atmosferă continuă și după craterizare, craterizare care e de fapt factorul declanșator. Procesele sunt exogene, adică au o cauză externă obiectului pe care îl afectează. Lent, dar sigur, ele erodează suprafețele, dar sunt de asemenea responsabile pentru formarea atmosferelor extrem de subțiri, numite exosfere, care se găsesc în jurul planetei Mercur, a Lunii si a majorității sateliților înghețați etc.
Ce este regolitul
În astronomie, planetologie, regolit înseamnă stratul de praf, din rocă sau gheață, care acoperă suprafața corpurilor solide lipsite de atmosferă protectoare (Mercur, Lună, sateliții lui Marte, toți sateliții sistemului exterior, cu excepția lui Titan, asteroizii și, într-o măsură mai mică, Marte și cometele).
Regolitul planetar este creat inițial prin impacturi meteoritice și evoluează sub influența eroziunii spațiale, adică efectele combinate ale bombardării micro-meteoritice, coliziunii cu razele cosmice de origine solară sau galactică, precum și iradierea și pulverizarea catodică („sputtering”) provocate de particulele vântului solar. Șocurile termice, la care sunt expuse în mod special suprafețele fără atmosferă, contribuie de asemenea la dezintegrarea fizică (sau termoclastie) a rocilor și astfel la dezvoltarea regolitului.
Grad de maturitate regolit
Proprietățile și gradul de maturitate al unui regolit variază în funcție de compoziția și poziția în Sistemul Solar a obiectului planetar. Regolitul lunar este cel mai bine cunoscut; acesta acoperă întreaga suprafață a satelitului pe o adâncime de 2 până la 8 metri în mări și poate depăși chiar 15 m în cele mai vechi regiuni (4.4 miliarde de ani). Acesta se află peste un mega-regolit format din blocuri mari de rocă, ejecta unor mari impacturi anterioare.
Regolitul lui Mercur este probabil foarte asemănător cu cel al Lunii, deși poate fi ușor mai dezvoltat datorită fluxului micro-meteoritic mai mare și contrastului termic crescut între zi și noapte. Dezvoltarea unui regolit matur este însă mult mai lentă pe asteroizi din cauza gravitației lor scăzute. Pe Marte, care are o atmosferă subțire, eroziunea spațială s-a combinat cu alte forme de eroziune (hidrică, eoliană) pentru a forma un strat gros de praf și resturi. Io reprezintă un caz aparte deoarece vulcanismul activ șterge imediat urmele impacturilor. În cele din urmă, volatilitatea gheții de apă, precum și a gheții de CO2 (dioxid de carbon) sau CH4 (metan), face ca suprafețele înghețate ale sistemului solar să fie extrem de vulnerabile la eroziunea spațială.
Bombardament cu micrometeoriți
Suprafețele fără atmosferă sunt constant bombardate de granule meteoritice cu diametrul <1 mm. Acest bombardament micro-meteoritic nu contribuie la creșterea volumului de regolit (regolitul lunar crește doar cu 1 mm la fiecare 1.000.000 de ani și, din cauza gravitației scăzute, asteroizii pierd constant o parte din regolitul lor), dar îi modifică în mod durabil proprietățile și distribuția.
Fragmentare, aglutinare, vaporizare
Impacturile micro-meteoritice pulverizează treptat primii milimetri ai solului, reducând dimensiunea particulelor de la suprafață. Acest fenomen de fragmentare este, în parte, compensat de un fenomen de aglutinare: atunci când impacturile sunt suficient de rapide, unele materiale din sol se topesc și, răcindu-se, se sudează (formând sferoide de sticlă pe Lună, de exemplu) sau sudează între ele fragmente de rocă și minerale, dând naștere unor particule mai mari.
Unele materiale sunt chiar vaporizate sub efectul micro-impacturilor înainte de a fi redepuse la suprafață. Regolitul lunar este constituit din aproximativ 30% aglutinati, agregate ale căror dimensiuni variază de la câțiva micrometri la câțiva milimetri și care prezintă pe suprafața lor nanoparticule de fier integrate în timpul vaporizării și apoi recondensării mineralelor ferifere (în special olivină și piroxen).
Eroziunea spațială pe Lună este, așadar, sinonimă cu o întunecare (albedo-ul scade) și o înroșire a suprafeței în timp. Regolitul lunar este considerat matur atunci când procesele de fragmentare și aglutinare se compensează; dimensiunea granulelor este atunci de aproximativ 60 μm. Un regolit imatur este constituit din granule mai mari și o proporție redusă de aglutinati.
Reclistarizare gheață
În aceeași idee, pe suprafețele înghețate, bombardamentul micro-meteoritic contribuie la recristalizarea gheții atunci când aceasta este amorfă (adică fără un aranjament precis, spre deosebire de gheața cristalină care are o structură hexagonală) la suprafață printr-un proces de ”recoacere” („annealing” în engleză) și luptă astfel împotriva procesului de amorfizare provocat de razele solare UV și particulele ionizate energetice.
În cele din urmă, pe asteroizi unde viteza de evadare este scăzută, bombardamentul micro-meteoritic, ajutat de alte procese precum „sputtering”, contribuie la ejectarea și pierderea celor mai mici particule. Astfel, se așteaptă să se găsească un sol mai grosier pe suprafața celor mai mici asteroizi
Amestec
Bombardamentul micro-meteoritic modifică de asemenea distribuția compușilor din regolit. Primii milimetri ai solului lunar sunt permanent „arat” prin micro-impacturi, ceea ce are ca efect omogenizarea compoziției verticale (în adâncime) a regolitului. Se vorbește despre „grădinărit de impact” (din englezescul „impact gardening”). Acest proces este totuși foarte lent – este nevoie de cel puțin 100.000 de ani pentru a întoarce complet și amesteca primul centimetru al solului lunar. Straturile mai profunde ale regolitului sunt întoarse doar ocazional prin impacturi mai mari, deci mai rar.
Radiații de origine solară și cosmică
Suprafețele fără atmosferă sunt, de asemenea, supuse unui bombardament permanent de particule mai mult sau mai puțin energetice, dintre care cele mai importante sunt fotonii X și ultravioleți (UV) solari, ionii proveniți din vântul solar și razele cosmice din galaxia noastră sau dincolo de aceasta. Aceste radiații modifică chimic, fizic și structural suprafețele pe o adâncime care variază de la câțiva micrometri la câțiva metri, în funcție de energia particulelor.
Vântul solar este un flux de plasmă compus în principal din particule ionizate de hidrogen și heliu, ale căror energii sunt moderate (0.3-3 keV/nucleon). Acest flux variază, atât în temperatură cât și în viteză, în funcție de activitatea Soarelui. În timpul erupțiilor solare și al ejectării masei coronale, rafale de particule solare extrem de energetice (1-100 MeV/nucleon) traversează sistemul nostru stelar.
Corpurile cu un câmp magnetic propriu (Mercur, Pământ, Ganymede) sunt protejate în mare parte de radiații, magnetosfera lor deviind particulele încărcate pe liniile de câmp și acționând astfel ca un scut. În contrast, magnetosferele planetelor gigante gazoase, prin captarea și accelerarea particulelor încărcate, produc intense centuri de radiații și supun cele mai apropiate sateliți la doze mari de radiații. În special, Io și Europa, în jurul lui Jupiter, primesc doze de 100 până la 1000 de ori mai mari decât Luna.
Efecte
Principalele efecte ale bombardamentului prin particule solare și cosmice asupra suprafețelor sunt următoarele:
-
Implantarea ionilor de hidrogen și heliu, dar și, mai rar, a gazelor nobile din vântul solar la suprafață și chiar în sub-suprafața apropiată, modificând astfel chimia acesteia.
-
Radioliza sau fotoliza, adică disocierea prin descompunere chimică a anumitor materiale de suprafață (în special a gheții și a compușilor carbonici). De exemplu, culoarea roșie a lui Marte este atribuită oxidării silicatului feros din sol (olivină, piroxene, amfibol, biotit) după disocierea moleculelor de apă prin fotoliză UV (H2O + foton UV → H2 + O apoi 2FeO + O → Fe2O3).
-
Ejectarea atomilor sau moleculelor, care se recondensează apoi pe granulele de suprafață acoperindu-le cu un strat fin. Acesta este fenomenul de pulverizare sau „sputtering”. Pe suprafețele silicatice, acest fenomen este asociat cu o întunecare a solului. Pe sateliții înghețați, dimpotrivă, pare să facă suprafețele mai strălucitoare după recondensarea moleculelor de apă ejectate.
-
Formarea izotopilor unui element ca urmare a smulgerii neutronilor prin bombardamentul cosmic de mare energie (spallation). Prezența acestor izotopi permite datarea vârstei expunerii suprafeței.
-
Deteriorarea anumitor structuri cristalografice. Reamintim că gheața de apă poate exista sub mai multe forme: diferite stări cristaline (în funcție în principal de temperatură) sau amorfe. La temperaturi scăzute, bombardamentul prin particule UV și ionii poate modifica structura cristalină a gheții la suprafață sau chiar duce la amorfizarea acesteia. Europa, care se află în magnetosfera joviană și este astfel supusă unor rate ridicate de radiații, prezintă o suprafață tânără dar larg amorfizată, în timp ce faza cristalină este stabilă la suprafața lui Callisto, satelit situat la aproape 3 ori mai depărtat de Jupiter. Ganymede, care se află între Europa și Callisto și este protejat printr-un câmp magnetic propriu, prezintă gheață amorfă la poli (unde liniile câmpului sunt deschise) și cristalină în alte zone.
Efecte termice
Corpurile fără atmosferă pot experimenta variații de temperatură considerabile pe parcursul unei zile. Cu cât inerția suprafeței (adică capacitatea sa de a stoca căldura) este mai mică și cu cât rotația corpului este mai lentă, cu atât contrastul zi/noapte este mai pronunțat. Mercur, în special, suferă cele mai violente șocuri termice din sistemul solar: temperatura la suprafața sa poate varia de la -170°C la 430°C.
Dilatatie/contractie
Pe suprafețele silicatice ale Sistemului Solar, diferența de reacție (dilatare/contractare) a mineralelor din roci la alternanța zi/noapte induce constrângeri mecanice (supra-presiune) care pot duce la fisurarea progresivă sau chiar la explozia anumitor roci. Cu cât schimbările de temperatură sunt mai pronunțate și rapide, cu atât acest proces de dezintegrare, numit termoclastie, este mai eficient.
Migrare/segragare
Pe suprafețele înghețate ale sistemului solar, din cauza volatilitații mari a gheții de apă (adică capacitatea sa de a schimba faza), ciclul zi/noapte poate fi însoțit de un fenomen de migrare/segragare termică.
Suprafețele sateliților înghețați sunt, în general, constituite dintr-un amestec, în proporții variabile, de gheață și un compus optic întunecat (materie organică, sulfurată sau silicat). Regiunile cele mai bogate în gheață sunt și cele mai strălucitoare, astfel că ele sunt încălzite mai puțin eficient de Soare (reflectând o mare parte din fluxul solar) și rata de sublimare a gheții este scăzută. Invers, în regiunile cele mai întunecate, rata de sublimare a gheții poate fi ridicată. Acest dezechilibru permite transferul gheții din regiunile întunecate și calde către regiunile strălucitoare și reci. Acest transfer se oprește când toată gheața din solul regiunilor întunecate a dispărut (lăsând un sol și mai întunecat) și s-a redepus în regiunile mai deschise (accentuând astfel strălucirea lor).
Imagini: NASA, ESA
