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Mercury’s Weather-Beaten Surface: Understanding Mercury in the Context of Lunar and Asteroidal Space Weathering Studies

Domingue, Deborah L. und Chapman, Clark R. und Killen, R. und Zurbuchen, Thomas H. und Gilbert, Jason A. und Sarantos, Menelaos und Benna, Mehdi und Slavin, James A. und Schriver, David und Trávníček, Pavel M. und Orlando, Thomas M. und Sprague, A.L. und Blewett, David T. und Gillis-Davis, Jeffrey J. und Feldman, W.C. und Lawrence, David J. und Ho, George C. und Ebel, D. S. und Nittler, Larry R. und Vilas, F. und Pieters, Carle M. und Solomon, Sean C. und Johnson, Catherine L. und Winslow, Reka M. und Helbert, Jörn und Peplowski, Patrick N. und Weider, Shoshana Z. und Mouawad, Nelly und Izenberg, Noam R. und McClintock, William E. (2014) Mercury’s Weather-Beaten Surface: Understanding Mercury in the Context of Lunar and Asteroidal Space Weathering Studies. Space Science Reviews, 181 (1-4), Seiten 121-214. Springer. doi: 10.1007/s11214-014-0039-5. ISSN 0038-6308.

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Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1007/s11214-014-0039-5

Kurzfassung

Mercury's regolith, derived from the crustal bedrock, has been altered by a set of space weathering processes. Before we can interpret crustal composition, it is necessary to understand the nature of these surface alterations. The processes that space weather the surface are the same as those that form Mercury's exosphere (micrometeoroid flux and solar wind interactions) and are moderated by the local space environment and the presence of a global magnetic field. To comprehend how space weathering acts on Mercury's regolith, an understanding is needed of how contributing processes act as an interactive system. As no direct information (e.g., from returned samples) is available about how the system of space weathering affects Mercury's regolith, we use as a basis for comparison the current understanding of these same processes on lunar and asteroidal regoliths as well as laboratory simulations. These comparisons suggest that Mercury's regolith is overturned more frequently (though the characteristic surface time for a grain is unknown even relative to the lunar case), more than an order of magnitude more melt and vapor per unit time and unit area is produced by impact processes than on the Moon (creating a higher glass content via grain coatings and agglutinates), the degree of surface irradiation is comparable to or greater than that on the Moon, and photon irradiation is up to an order of magnitude greater (creating amorphous grain rims, chemically reducing the upper layers of grains to produce nanometer scale particles of metallic iron, and depleting surface grains in volatile elements and alkali metals). The processes that chemically reduce the surface and produce nanometer-scale particles on Mercury are suggested to be more effective than similar processes on the Moon. Estimated abundances of nanometer-scale particles can account for Mercury's dark surface relative to that of the Moon without requiring macroscopic grains of opaque minerals. The presence of nanometer-scale particles may also account for Mercury's relatively featureless visible-near-infrared reflectance spectra. Characteristics of material returned from asteroid 25143 Itokawa demonstrate that this nanometer-scale material need not be pure iron, raising the possibility that the nanometer-scale material on Mercury may have a composition different from iron metal [such as (Fe,Mg)S]. The expected depletion of volatiles and particularly alkali metals from solar-wind interaction processes are inconsistent with the detection of sodium, potassium, and sulfur within the regolith. One plausible explanation invokes a larger fine fraction (grain size <45 μm) and more radiation-damaged grains than in the lunar surface material to create a regolith that is a more efficient reservoir for these volatiles. By this view the volatile elements detected are present not only within the grain structures, but also as adsorbates within the regolith and deposits on the surfaces of the regolith grains. The comparisons with findings from the Moon and asteroids provide a basis for predicting how compositional modifications induced by space weathering have affected Mercury's surface composition.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/94325/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Mercury’s Weather-Beaten Surface: Understanding Mercury in the Context of Lunar and Asteroidal Space Weathering Studies
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Domingue, Deborah L.PSI, Tucson, AZ, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chapman, Clark R.Southwest Research Institute, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Killen, R.Univ. MarylandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zurbuchen, Thomas H.Department of Atmospheric, Oceanic and Space Sciences, University of Michigan, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gilbert, Jason A.Department of Atmospheric, Oceanic and Space Sciences, University of Michigan, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sarantos, MenelaosHeliophysics Science Division, NASA Goddard Space Flight CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Benna, MehdiSolar System Exploration Division, NASA Goddard Space Flight CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Slavin, James A.Department of Atmospheric, Oceanic and Space Sciences, University of MichiganNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schriver, DavidInstitute of Geophysics and Planetary Physics, University of CaliforniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Trávníček, Pavel M.Space Sciences Laboratory, University of CaliforniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Orlando, Thomas M.chool of Chemistry and Biochemistry and School of Physics, Georgia Institute of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sprague, A.L.Lunar and Planetary Laboratory, United StatesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Blewett, David T.The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, MD 20723, USA.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gillis-Davis, Jeffrey J.Hawaii Institute of Geophysics and Planetology, University of Hawaii, Honolulu, HI 96822, United StatesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Feldman, W.C.LANLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lawrence, David J.LANLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ho, George C.The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, MD 20723, USA.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ebel, D. S.American Museum of Natural History / Lamont-Doherty Earth ObservatoryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nittler, Larry R.Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution of Washington, Washington, DC 20015, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vilas, F.Planetary Science Institute, Tucson, AZ 85719, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pieters, Carle M.Brown University, Providence, RI, United States.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Solomon, Sean C.Lamont-Doherty Earth Observatory, Columbia University, Palisades, NY 10964, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Johnson, Catherine L.Department of Earth and Ocean Sciences, University of British Columbia, Vancouver, BC, Canada V6T 1Z4NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Winslow, Reka M.Department of Earth and Ocean Sciences, University of British Columbia, Vancouver, BC, Canada V6T 1Z4NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Helbert, Jörnjoern.helbert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5346-9505NICHT SPEZIFIZIERT
Peplowski, Patrick N.Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution of Washington, Washington, DC 20015, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weider, Shoshana Z.Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution of Washington, Washington, DC 20015, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mouawad, NellyDepartment of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution of Washington, Washington, DC 20015, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Izenberg, Noam R.The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, MD 20723, USA.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
McClintock, William E.Laboratory for Atmospheric and Space PhysicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2014
Erschienen in:Space Science Reviews
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:181
DOI:10.1007/s11214-014-0039-5
Seitenbereich:Seiten 121-214
Verlag:Springer
ISSN:0038-6308
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mercury (planet), Space Weathering, Surface processes, Exosphere, Surface composition, Space environment
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben BepiColombo (alt)
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Hinterlegt von: Helbert, Dr.rer.nat. Jörn
Hinterlegt am:08 Jan 2015 13:50
Letzte Änderung:04 Jul 2023 14:54

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