Par Sabine Stanley, Ph.D., Université John Hopkins

Mercure est la deuxième planète la plus dense de notre système solaire, juste derrière la Terre . Le mercure, étonnamment, a également un champ magnétique global, qui existe en raison d’un phénomène encore plus étrange appelé antigel.

Mercure est assez petit pour être une lune. La lune de Jupiter Ganymède et la lune de Saturne Titan sont toutes deux plus grandes que Mercure. Comparé à la Terre, tout Mercure est encore plus petit que le noyau de fer qui constitue le centre de la Terre. Bien que Mercure soit petit, il est inhabituellement dense.

Si nous calculons la densité moyenne de Mercure en prenant sa masse et en la divisant par son volume, nous arrivons à une densité d’environ 5430 kilogrammes par mètre cube. Toute densité dans ce stade suggère une planète composée principalement de roches et de fer.

Faire le même calcul pour la Terre donne une densité moyenne d’environ 5500 kilogrammes par mètre cube. Le fer est plus dense que les roches, vous pourriez donc être tenté de conclure que la Terre contient une fraction légèrement plus importante de fer que Mercure.

Mais attendez, voici où la partie délicate entre en jeu. Vous voyez, parce que la Terre est 18 fois plus massive, les pressions à l’intérieur sont plus élevées, et ces pressions plus élevées provoquent la compression des régions intérieures de la Terre. , prenant effectivement moins de volume que les mêmes matériaux sur une planète plus petite.

En bref, la densité n’est pas seulement déterminée par la composition d’un matériau, mais aussi par la pression qu’il subit.

Donc, même si la Terre a une densité légèrement plus élevée que Mercure, si nous prenions tout le matériel de la Terre et le décompressions, la densité non compressée de la Terre serait de 4200 kilogrammes par mètre cube. Pour Mercury, décompresser une pression intérieure beaucoup plus petite n’a pas un si grand effet. La densité non compressée du mercure ne serait que légèrement inférieure, environ 5400 kilogrammes par mètre cube.

Le fait que Mercure a une densité non compressée beaucoup plus grande que la Terre nous indique que Mercure a une fraction beaucoup plus grande de fer à l’intérieur. En fait, Mercure possède la plus grande fraction de fer de toutes les planètes de notre système solaire. Le rayon du noyau de fer de Mercure est d’environ 1 800 kilomètres, soit près de 75% du rayon de la planète. En volume, cela signifie que Mercure contient plus de 50% de noyau de fer, alors que la Terre n’est que 17% de noyau.

Alors, comment Mercury s’est-il retrouvé avec un noyau aussi important? Ou en d’autres termes, que se passait-il au début de l’histoire du système solaire pour aboutir à une planète avec un si grand noyau de fer? La théorie principale est que Mercure était en fait beaucoup plus gros, avec un manteau rocheux plus épais entourant son noyau de fer. Si tel est le cas, quelque chose a dû se produire il y a des milliards d’années, au début de l’histoire de Mercure, pour enlever la couche extérieure du manteau et quitter la planète riche en fer que nous voyons aujourd’hui.

Cela pourrait être accompli par un impact géant qui a donné un coup d’œil à la planète. Un impacteur qui glisse juste, avec quelques couches externes de Mercure, aurait pu s’échapper du système ou s’écraser sur le Soleil. Cela signifierait que Mercure est vraiment le reste du noyau de fer d’une planète beaucoup plus grande.

Des explications comme celle-ci sont parfois inconfortables pour les scientifiques car elles semblent pour suggérer des circonstances vraiment spéciales et rares pour la formation de Mercure. Si Mercure avait été juste un peu à gauche, il n’aurait pas été touché par cet objet, et nous ne verrions pas la planète que nous avons aujourd’hui. Cela donne l’impression d’être un événement improbable. Cependant, bien qu’il soit vrai que de grands impacts sont peu probables, nous savons qu’ils se sont produits dans le système solaire primitif car nous en avons des preuves dans les grands cratères d’impact partout dans le système solaire.

Même le fait que la Terre a une grande Lune aurait impliqué un impact géant. De telles collisions au début de l’histoire de notre système solaire n’étaient pas aussi rares ou spéciales qu’elles le paraissent du point de vue du système solaire actuel.

Ceci est une transcription de la série vidéo A Field Guide to the Planets. Regardez-le maintenant, sur The Great Courses Plus.

Mercure a-t-il un champ magnétique?

Le grand noyau métallique de Mercure abrite également une autre découverte surprenante. Au milieu des années 1970, le premier vaisseau spatial à visiter Mercure, Mariner 10, a découvert que Mercure possède un champ magnétique à l’échelle mondiale. Avant la mission Mariner 10, les scientifiques ne pensaient pas que Mercury avait les bons ingrédients pour que l’action de dynamo produise un champ magnétique.

Alors, de quels ingrédients une dynamo a-t-elle besoin?Pensez à la façon dont pédaler un vélo peut alimenter une lampe de vélo. L’action dynamo se produit lorsque des matériaux qui sont de bons conducteurs électriques peuvent se déplacer vigoureusement de manière à créer de l’énergie électromagnétique à partir de l’énergie cinétique des mouvements. C’est le même processus au travail dans un générateur. Fondamentalement, des courants électriques peuvent être générés dans les conducteurs électriques en mouvement. Et ces courants peuvent générer des champs magnétiques.

Dans une planète terrestre comme Mercure, le noyau de fer métallique est un bon candidat pour une région électriquement conductrice. Mais pour avoir les mouvements vigoureux nécessaires pour générer des champs magnétiques par l’action de la dynamo, le noyau de fer doit être liquide.

Au début, les scientifiques ne pensaient pas qu’il serait possible que le noyau de Mercure soit liquide. En effet, Mercure est une petite planète et les petites planètes refroidissent plus rapidement que les grandes planètes en raison de leur plus grand rapport surface / volume. Les modèles thermiques pour Mercure ont montré que les températures à l’intérieur seraient inférieures à la température de congélation du fer, qui est d’environ 2800 Fahrenheit. Le noyau de Mercure serait donc solide.

Mais ensuite, bien sûr, viennent la mission Mariner 10 et la plus récente mission MESSENGER en 2011, qui ont toutes deux démontré que Mercure a un champ magnétique global, ce qui n’est possible que si le noyau est au moins partiellement liquide.

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Comment le noyau de Mercure pourrait-il encore être liquide?

Comment concilier la petite taille de Mercure avec le fait que nous savons qu’au moins une partie du noyau de Mercure est liquide? La réponse réside dans la prise de conscience que le noyau de fer de Mercure doit avoir un antigel.

La température de congélation du fer peut être considérablement réduite en ajoutant du soufre au mélange. Nous savons que les noyaux des planètes ne sont pas faits de fer pur d’après nos études sur les météorites. La sismologie nous a également dit que le noyau de la Terre n’est pas du fer pur. Il contient environ 10% d’éléments plus légers, comme le soufre, le silicium, l’oxygène et autres. Les scientifiques ont déterminé que seulement quelques pourcentages de soufre dans le noyau de Mercure pourraient agir comme un antigel assez bon pour conserver une partie du liquide de base de Mercure.

Un autre ingrédient clé pour une dynamo est que le conducteur liquide doit avoir des mouvements vigoureux. Cela peut se produire à l’intérieur d’une planète si celle-ci se refroidit suffisamment rapidement pour transporter la chaleur par convection. Parce que Mercure est une petite planète avec un refroidissement rapide, les mouvements de turbulence du transport de chaleur peuvent générer des courants électriques qui produisent des champs magnétiques.

Et ce champ magnétique protège partiellement Mercure du rayonnement solaire et des particules de haute énergie émises par d’autres étoiles et galaxies. C’est mieux que ce que Mars peut offrir.

Donc, la prochaine fois que vous essayez de repérer Mercure dans le ciel ou que vous vous demandez à quel point il vaut la peine d’explorer Mercure, gardez ceci à l’esprit: Mercure est, en moyenne, la planète la plus proche de la Terre.

L’orbite de Mercure étant si proche du Soleil, elle n’est jamais très loin de nous. En conséquence, Mercure est en moyenne environ 8,5% plus proche de la Terre que Vénus. Alors oui, cela fait de Mercure, en moyenne, notre plus proche voisin.

Ce qui est surprenant, c’est à quel point c’est extrême. L’orbite de Mercure autour du Soleil est moins circulaire – plus elliptique – que toute autre planète. Sa surface a les températures les plus élevées et les plus froides, et grâce au froid, il y a même beaucoup d’eau gelée, juste à côté du soleil!

Elle est suffisamment petite pour être une Lune, mais elle possède un noyau de grande planète et même un champ magnétique de grande planète. C’est incroyable tout ce que cette petite planète a à nous dire.

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