Merkurius brännheta yta verkar vara en osannolik plats att hitta is, men forskning under de senaste tre decennierna har föreslagit att vatten är fruset på den första stenen från solen, gömd på kratergolv som är permanent skuggade från solens blåsande strålar. Nu, en ny studie ledd av Brown University-forskare tyder på att det kan finnas mycket mer is på Merkurius yta än vad man tidigare trott.

Studien, publiceras i Geofysiska forskningsbrev , lägger till tre nya medlemmar till listan över kratrar nära Merkurius nordpol som verkar hysa stora isavlagringar på ytan. Men förutom de stora inlåningen, forskningen visar också bevis på att mindre avlagringar spridda runt Merkurius nordpol, både inne i kratrar och i skuggig terräng mellan kratrar. Dessa insättningar kan vara små, men de kunde lägga till mycket mer tidigare oförklarad is.

"Antagandet har varit att ytis på Merkurius finns övervägande i stora kratrar, men vi visar också bevis för dessa avlagringar i mindre skala, sa Ariel Deutsch, studiens huvudförfattare och en Ph.D. kandidat på Brown. "Att lägga till dessa småskaliga avlagringar till de stora avlagringarna i kratrar bidrar avsevärt till ytans isinventering på Merkurius."

Tanken att Merkurius kan ha frusit vatten dök upp på 1990-talet, när jordbaserade radarteleskop upptäckte starkt reflekterande områden inuti flera kratrar nära Merkurius poler. Planetens axel har inte mycket lutning, så dess poler får lite direkt solljus, och golven i vissa kratrar får inget direkt solljus alls. Utan en atmosfär som håller in värme från omgivande ytor, temperaturerna i de eviga skuggorna har beräknats vara tillräckligt låga för att isen ska vara stabil. Det ökade möjligheten att dessa "radarljusa" regioner kunde vara is.

Den idén fick ett uppsving efter att NASA:s MESSENGER-sond gick in i Mercurys bana 2011. Rymdfarkosten upptäckte neutronsignaler från planetens nordpol som överensstämde med vattenis.

För denna nya studie, Deutsch arbetade med Gregory Neumann från NASA:s Goddard Space Flight Center för att ta en djupdykning i data som returnerades från MESSENGER. De tittade specifikt på avläsningar från rymdfarkostens laserhöjdmätare. Enheten används mest för att kartlägga höjd, men den kan också användas för att spåra ytreflektans.

Neumann, en instrumentspecialist för MESSENGER-uppdraget, hjälpte till att kalibrera höjdmätarens reflektanssignal, som kan variera beroende på om mätningen görs direkt ovanifrån eller i en sned vinkel (känd som "off-nadir"). Den kalibreringen gjorde det möjligt för forskarna att upptäcka avlagringar med hög reflektans som överensstämmer med ytis i tre stora kratrar för vilka endast upptäckter utanför nadir var tillgängliga.

Tillägget av dessa kratrar till Merkurius isinventering är betydande. Deutsch uppskattar den totala ytan av de tre arken till cirka 3, 400 kvadratkilometer — något större än delstaten Rhode Island.

Men en annan viktig aspekt av arbetet är att forskarna också tittade på reflektansdata för terrängen som omger dessa tre stora kratrar. Den terrängen är inte lika ljus som inlandsisen inne i kratrarna, men det är betydligt ljusare än den genomsnittliga Merkurius-ytan.

"Vi föreslår att denna förstärkta reflektionssignatur drivs av småskaliga isfläckar som är utspridda över hela denna terräng, Deutsch sa. "De flesta av dessa patchar är för små för att lösas individuellt med höjdmätarinstrumentet, men tillsammans bidrar de till den övergripande förbättrade reflektionen."

För att söka ytterligare bevis för att sådana fyndigheter i mindre skala finns, forskarna tittade igenom höjdmätardatan på jakt efter fläckar som var mindre än de stora kraterbaserade avlagringarna, men fortfarande tillräckligt stor för att lösas med höjdmätaren. De hittade fyra, var och en med diametrar på mindre än cirka 5 kilometer.

"Dessa fyra var bara de vi kunde lösa med MESSENGER-instrumenten, " sa Deutsch. "Vi tror att det förmodligen är många, många fler av dessa, varierar i storlekar från en kilometer ner till några centimeter."

Att veta att dessa småskaliga fyndigheter finns, och att de troligen är källan till den lite ljusare ytan utanför kratrarna, kan dramatiskt öka isinventeringen på Merkurius. Liknande småskaliga isavlagringar tros finnas på månens poler. Forskningsmodeller har föreslagit att redovisning av dessa småskaliga fyndigheter ungefär fördubblar mängden månfastigheter som kan hysa is. Samma sak kan vara sant på Merkurius, säger forskarna.

Hur denna polaris kan ha hittat sin väg till Merkurius i första hand är fortfarande en öppen fråga, säger Deutsch. Den ledande hypotesen är att den levererades av vattenrika komet- eller asteroidnedslag. En annan idé är att väte kan ha implanterats i ytan av solvinden, senare kombineras med en syrekälla för att bilda vatten.

Jim Head, Deutschs Ph.D. rådgivare och medförfattare till forskningen, sade att arbetet lägger till ett nytt perspektiv på en kritisk fråga inom planetvetenskapen.

"En av de viktigaste sakerna vi vill förstå är hur vatten och andra flyktiga ämnen distribueras genom det inre solsystemet - inklusive jorden, månen och våra planetariska grannar, " Head sa. "Denna studie öppnar våra ögon för nya platser att leta efter bevis på vatten, och antyder att det finns mycket mer av det på Mercury än vi trodde."