Domingue, Deborah L. and Chapman, Clark R. and Killen, R. and Zurbuchen, Thomas H. and Gilbert, Jason A. and Sarantos, Menelaos and Benna, Mehdi and Slavin, James A. and Schriver, David and Trávníček, Pavel M. and Orlando, Thomas M. and Sprague, A.L. and Blewett, David T. and Gillis-Davis, Jeffrey J. and Feldman, W.C. and Lawrence, David J. and Ho, George C. and Ebel, D. S. and Nittler, Larry R. and Vilas, F. and Pieters, Carle M. and Solomon, Sean C. and Johnson, Catherine L. and Winslow, Reka M. and Helbert, Jörn and Peplowski, Patrick N. and Weider, Shoshana Z. and Mouawad, Nelly and Izenberg, Noam R. and 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), pp. 121-214. Springer. doi: 10.1007/s11214-014-0039-5. ISSN 0038-6308.
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Official URL: http://dx.doi.org/10.1007/s11214-014-0039-5
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/94325/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Mercury’s Weather-Beaten Surface: Understanding Mercury in the Context of Lunar and Asteroidal Space Weathering Studies | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | May 2014 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Space Science Reviews | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 181 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1007/s11214-014-0039-5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | pp. 121-214 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Springer | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 0038-6308 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Mercury (planet), Space Weathering, Surface processes, Exosphere, Surface composition, Space environment | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Space Exploration | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R EW - Space Exploration | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - Vorhaben BepiColombo (old) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Berlin-Adlershof | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Planetary Research > Experimentelle Planetenphysik | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Helbert, Dr.rer.nat. Jörn | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 08 Jan 2015 13:50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 04 Jul 2023 14:54 |
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