John Hopkinsin yliopiston tohtori Sabine Stanley

Elohopea on aurinkokuntamme toiseksi tihein planeetta, toinen maan päällä. . Elohopealla on yllättäen myös maailmanlaajuinen magneettikenttä, joka on olemassa vielä oudommasta ilmiöstä, jota kutsutaan jäätymisenestoaineeksi.

Elohopea on tarpeeksi pieni ollakseen kuu. Jupiterin kuu Ganymede ja Saturnuksen kuu Titan ovat molemmat suurempia kuin Mercury. Maahan verrattuna koko elohopea on jopa pienempi kuin vain rautaydin, joka muodostaa maapallon keskipisteen. Vaikka elohopea on pieni, se on epätavallisen tiheä.

Jos laskemme elohopean keskimääräisen tiheyden ottamalla sen massa ja jakamalla sen tilavuudella, saadaan tiheys noin 5430 kilogrammaa kuutiometriä kohti. Mikä tahansa tiheys tässä pallopuistossa viittaa planeetaan, joka on enimmäkseen kiviä ja rautaa.

Saman laskelman tekeminen maapallolle antaa keskimääräiseksi tiheydeksi noin 5500 kilogrammaa kuutiometriä kohti. Rauta on tiheämpi kuin kivet, joten saatat olla houkutus päätellä, että maapallolla on hiukan suurempi osuus rautaa verrattuna elohopeaan.

Mutta pidä kiinni, tässä hankala osa tulee sisään. Näet, koska maa on 18 kertaa massiivisempi, paineet sisätiloissa ovat korkeammat, ja nämä korkeammat paineet saavat maan sisäosat puristumaan , joka vie käytännössä vähemmän tilaa kuin samat materiaalit pienemmällä planeetalla.

Lyhyesti sanottuna tiheys ei määräydy vain materiaalin valmistuksen perusteella, vaan myös sen paineen mukaan.

Vaikka maapallon tiheys olisi hiukan suurempi kuin Elohopea, jos ottaisimme kaiken maapallon materiaalin ja purkaisemme sen, maapallon pakkaamaton tiheys olisi 4200 kiloa kuutiometrissä. Elohopealle paljon pienemmän sisäpaineen puristamattomuudella ei ole niin suurta vaikutusta. Elohopean pakkaamaton tiheys olisi vain hieman pienempi, noin 5400 kilogrammaa kuutiometrissä.

Se tosiasia, että elohopean pakkaamaton tiheys on paljon suurempi kuin maapallo, kertoo meille, että elohopean sisätiloissa on paljon suurempi osa rautaa. Itse asiassa elohopealla on aurinkokuntamme kaikkien planeettojen suurin osa raudasta. Elohopean rautasydämen säde on noin 1800 kilometriä, mikä on lähes 75% planeetan säteestä. Tilavuus tarkoittaa, että elohopea on yli 50% rautasydämestä, kun taas Maa on vain 17% ydintä.

Kuinka siis Mercury päätyi niin suureen ytimeen? Tai toisin sanoen, mitä tapahtui aikaisin aurinkokunnan historiassa, mikä johti planeettaan, jolla oli niin suuri rautasydän? Johtava teoria on, että elohopea oli aikoinaan ollut paljon isompi, ja sen rautasydämen ympärillä oli paksumpi kivinen vaippa. Jos näin on, on täytynyt tapahtua miljardeja vuosia sitten, varhaisessa Mercuryn historiassa, poistaa ulompi vaippakerros ja jättää rautapitoinen planeetta, jonka näemme tänään.

Tämä voidaan saavuttaa jättimäisellä iskulla, joka antoi silmäyksellä planeetalle. Aivan liukuva iskulaite yhdessä joidenkin elohopean ulkokerrosten kanssa olisi voinut karata järjestelmästä tai kaatua aurinkoon. Tämä tarkoittaisi, että elohopea on todellakin paljon suuremman planeetan rautaydinjäännös.

Tällaiset selitykset ovat joskus epämiellyttäviä tutkijoille, koska se näyttää ehdottaa todella erityisiä, harvinaisia olosuhteita Merkuruksen muodostumiselle. Jos elohopea olisi ollut vain vähän vasemmalla, se ei olisi osunut siihen esineeseen, emmekä näe planeettaa, joka meillä on tänään. Se tekee siitä näyttävän epätodennäköiseltä tapahtumalta. Vaikka onkin totta, että suuret vaikutukset ovat epätodennäköisiä, tiedämme, että ne tapahtuivat varhaisessa aurinkokunnassa, koska meillä on todisteita niistä koko aurinkokunnan isoissa kraattereissa.

Jopa se, että maapallo on suuri Kuu ymmärretään vaikuttaneen jättimäisesti. Tällaiset törmäykset varhaisessa aurinkokuntamme historiassa eivät olleet niin harvinaisia tai erikoisia kuin nykyisen aurinkokunnan näkökulmasta näyttävät.

Tämä on transkriptio videosarjasta A Field Guide to Planets. Katso se nyt The Great Courses Plus -sivulla.

Onko elohopealla magneettikenttä?

Elohopean isossa, metallisessa ytimessä on myös toinen yllättävä löytö. 1970-luvun puolivälissä ensimmäinen Mercuryssa käynyt avaruusalus, Mariner 10, huomasi, että Merkuruksella on maailmanlaajuinen magneettikenttä. Ennen Mariner 10 -matkaa tutkijat eivät uskoneet, että Merkuruksella oli oikeat ainesosat dynamotoimintaan magneettikentän tuottamiseksi.

Mitä ainesosia dynamo tarvitsee?Ajattele, kuinka polkupyörällä polkeminen voi käyttää polkupyörän valoa. Dynamo-toiminta tapahtuu, kun materiaalit, jotka ovat hyviä sähköjohtimia, voivat liikkua voimakkaasti ympäriinsä siten, että syntyy sähkömagneettista energiaa liikeiden kineettisestä energiasta. Tämä on sama prosessi työssä generaattorissa. Pohjimmiltaan sähkövirrat voidaan tuottaa liikkuvissa sähköjohtimissa. Ja nämä virrat voivat tuottaa magneettikenttiä.

Merkuruksen kaltaisella maan planeetalla metallinen rautasydän on hyvä ehdokas sähköä johtavalle alueelle. Mutta jotta magneettikentät syntyvät dynaamisesti, tarvitaan voimakkaita liikkeitä, rautasydämen on oltava nestemäinen.

Varhaisessa vaiheessa tutkijat eivät uskoneet, että Mercuryn ydin olisi mahdollista olla nestemäinen. Tämä johtuu siitä, että Mercury on pieni planeetta, ja pienet planeetat jäähtyvät nopeammin kuin isot planeetat, koska niiden pinta-ala on suurempi kuin tilavuus. Elohopean lämpömallit osoittivat, että sisätilojen lämpötilat olisivat alle raudan jäätymislämpötilan, joka on noin 2800 Fahrenheit. Elohopean ydin olisi siis vankka.

Mutta sitten tulee tietysti Mariner 10 -tehtävä ja uudempi MESSENGER-tehtävä vuonna 2011, jotka molemmat osoittivat, että Merkuruksella on maailmanlaajuinen magneettikenttä, mikä on mahdollista vain, jos ydin on vähintään osittain nestemäinen.

Lisätietoja aurinkokuntaperheen organisoinnista.

Kuinka elohopean ydin voisi silti olla neste?

Kuinka sovitamme yhteen Mercuryn pieni koko että tiedämme, että ainakin osa Mercuryn ytimestä on nestemäistä? Vastaus on ymmärtää, että Mercuryn raudan ytimessä on oltava jäätymisenestoaine.

Raudan jäätymislämpötilaa voidaan alentaa huomattavasti lisäämällä rikkiä seokseen. Meteoriittitutkimuksistamme tiedämme, että planeettojen ytimet eivät ole puhdasta rautaa. Seismologia on myös kertonut meille, että maapallon ydin ei ole puhdasta rautaa. Se sisältää noin 10% kevyempiä elementtejä, kuten rikkiä, piitä, happea ja muita. Tutkijat ovat todenneet, että vain muutama prosenttiosuus rikkiä Mercuryn ytimessä voi toimia riittävän hyvänä pakkasnesteenä pitääkseen osan elohopean ydinnesteestä.

Toinen keskeinen ainesosa dynamolle on, että nestejohtimella on oltava voimakkaat liikkeet. Tämä voi tapahtua planeetan sisällä, jos se jäähtyy tarpeeksi nopeasti kuljettamaan lämpöä konvektion kautta. Koska elohopea on pieni planeetta, jonka jäähdytys on nopeaa, lämpöliikenteen myrskyisät jyrsivät liikkeet voivat tuottaa magneettikenttiä tuottavia sähkövirtoja.

Ja tämä magneettikenttä suojaa elohopeaa osittain auringon säteilyltä ja muilta tähdiltä ja galakseilta lähteviltä suurenergisiltä hiukkasilta. Se on parempi kuin Mars voi tarjota.

Joten seuraavalla kerralla yrität havaita elohopean taivaalla tai ihmettelet, kuinka hyödyllistä on tutkia elohopeaa, pidä tämä mielessä: elohopea on keskimäärin lähinnä maapalloa.

Koska Mercuryn kiertorata on niin lähellä aurinkoa, se ei ole koskaan kovin kaukana meistä. Tämän seurauksena elohopea on keskimäärin noin 8,5% lähempänä maata kuin Venus. Joten kyllä, tämä tekee elohopeasta keskimäärin lähimmän naapurimme.

Yllättävää on vain kuinka äärimmäinen se on. Elohopean kiertorata auringon ympäri on vähemmän pyöreä – elliptinen – kuin mikään muu planeetta. Sen pinnalla on korkeimmat ja kylmimmät lämpötilat, ja kylmän ansiosta siellä on jopa paljon jäädytettyä vettä, aivan auringon vieressä!

Se on tarpeeksi pieni ollakseen kuu, mutta sillä on kuitenkin iso planeetan ydin ja jopa suuren planeetan magneettikenttä. On hämmästyttävää, kuinka paljon tällä pienellä planeetalla on meille kerrottavaa.

Lisätietoja Venuksesta, peitetystä kasvihuone planeetasta.

Yleisiä kysymyksiä elohopeasta, toisesta tiheimmästä planeetasta