Di Sabine Stanley, Ph.D., John Hopkins University

Mercurio è il secondo pianeta più denso del nostro sistema solare, secondo solo alla Terra . Il mercurio, sorprendentemente, ha anche un campo magnetico globale, che esiste a causa di un fenomeno ancora più strano chiamato antigelo.

Mercurio è abbastanza piccolo da essere una luna. La luna di Giove Ganimede e la luna di Saturno Titano sono entrambe più grandi di Mercurio. Rispetto alla Terra, tutto Mercurio è ancora più piccolo del solo nucleo di ferro che costituisce il centro della Terra. Sebbene Mercurio sia piccolo, è insolitamente denso.

Se calcoliamo la densità media di Mercurio prendendo la sua massa e dividendola per il suo volume, otteniamo una densità di circa 5430 chilogrammi per metro cubo. Qualsiasi densità in quel campo da baseball suggerisce un pianeta composto principalmente da rocce e ferro.

Facendo lo stesso calcolo per la Terra si ottiene una densità media di circa 5500 chilogrammi per metro cubo. Il ferro è più denso delle rocce, quindi potresti essere tentato di concludere che la Terra ha una frazione leggermente più grande di ferro rispetto a Mercurio.

Ma aspetta, ecco dove entra in gioco la parte difficile. Vedete, poiché la Terra è 18 volte più massiccia, le pressioni all’interno sono più elevate e queste pressioni più elevate causano la compressione delle regioni interne della Terra , occupando effettivamente meno volume rispetto agli stessi materiali in un pianeta più piccolo.

In breve, la densità non è determinata solo da cosa è fatto un materiale, ma anche dalla pressione che subisce.

Quindi, anche se la Terra ha una densità leggermente superiore a Mercurio, se dovessimo prendere tutto il materiale della Terra e decomprimerlo, la densità non compressa della Terra sarebbe di 4200 chilogrammi per metro cubo. Per Mercury, decomprimere una pressione interna molto più piccola non ha un effetto così grande. La densità non compressa di Mercurio sarebbe solo leggermente inferiore, circa 5400 chilogrammi per metro cubo.

Il fatto che Mercurio abbia una densità non compressa molto più grande della Terra ci dice che Mercurio ha una frazione molto più grande di ferro al suo interno. In effetti, Mercurio ha la più grande frazione di ferro di qualsiasi pianeta nel nostro sistema solare. Il raggio del nucleo di ferro di Mercurio è di circa 1800 chilometri, che è quasi il 75% del raggio del pianeta. In volume, ciò significa che Mercurio ha un nucleo di ferro per oltre il 50%, mentre la Terra è solo il 17%.

Allora come ha fatto Mercury a finire con un nucleo così grande? O in altre parole, cosa stava succedendo all’inizio della storia del sistema solare per ottenere un pianeta con un nucleo di ferro così grande? La teoria principale è che Mercurio in realtà era molto più grande, con un mantello roccioso più spesso che circondava il suo nucleo di ferro. Se è così, deve essere accaduto qualcosa miliardi di anni fa, all’inizio della storia di Mercurio, per rimuovere lo strato di mantello esterno e lasciare il pianeta ricco di ferro che vediamo oggi.

Ciò potrebbe essere ottenuto con un impatto gigantesco che ha colpito il pianeta. Un impattore che stava scivolando, insieme ad alcuni strati esterni di Mercurio, potrebbe essere sfuggito al sistema o schiantarsi contro il Sole. Ciò significherebbe che Mercurio è davvero il residuo del nucleo di ferro di un pianeta molto più grande.

Spiegazioni come questa a volte sono scomode per gli scienziati perché sembra suggerire circostanze davvero speciali e rare per la formazione di Mercurio. Se Mercurio fosse stato solo un po ‘a sinistra, non sarebbe stato colpito da quell’oggetto e non avremmo visto il pianeta che abbiamo oggi. Questo lo fa sembrare un evento improbabile. Tuttavia, sebbene sia vero che i grandi impatti sono improbabili, sappiamo che si sono verificati nel primo sistema solare poiché abbiamo prove per loro nei grandi crateri da impatto in tutto il sistema solare.

Anche il fatto che la Terra ha una grande Luna si ritiene abbia comportato un impatto gigantesco. Tali collisioni all’inizio della storia del nostro sistema solare non erano così rare o speciali come sembrano dalla prospettiva del sistema solare di oggi.

Questa è una trascrizione della serie di video A Field Guide to the Planets. Guardalo ora, su The Great Courses Plus.

Mercurio ha un campo magnetico?

Il grande nucleo metallico di Mercurio ospita anche un’altra sorprendente scoperta. A metà degli anni ’70, il primo veicolo spaziale a visitare Mercury, Mariner 10, scoprì che Mercurio ha un campo magnetico su scala globale. Prima della missione Mariner 10, gli scienziati non pensavano che Mercurio avesse gli ingredienti giusti affinché l’azione della dinamo producesse un campo magnetico.

Quindi di quali ingredienti ha bisogno una dinamo?Pensa a come pedalare su una bicicletta può alimentare una luce per bici. L’azione della dinamo si verifica quando materiali che sono buoni conduttori elettrici possono muoversi vigorosamente in modo tale da creare energia elettromagnetica dall’energia cinetica dei movimenti. Questo è lo stesso processo in atto in un generatore. Fondamentalmente, le correnti elettriche possono essere generate nei conduttori elettrici in movimento. E queste correnti possono generare campi magnetici.

In un pianeta terrestre come Mercurio, il nucleo di ferro metallico è un buon candidato per una regione a conduzione elettrica. Ma per avere i movimenti vigorosi necessari per generare campi magnetici attraverso l’azione della dinamo, il nucleo di ferro deve essere liquido.

All’inizio, gli scienziati non pensavano che sarebbe stato possibile che il nucleo di Mercurio fosse liquido. Questo perché Mercurio è un piccolo pianeta e i piccoli pianeti si raffreddano più velocemente dei grandi pianeti a causa della loro maggiore superficie in rapporto al volume. I modelli termici per Mercurio hanno mostrato che le temperature all’interno sarebbero state inferiori alla temperatura di congelamento del ferro, che è di circa 2800 Fahrenheit. Quindi il nucleo di Mercurio sarebbe solido.

Ma poi, ovviamente, arriva la missione Mariner 10 e la più recente missione MESSENGER nel 2011, che hanno entrambe dimostrato che Mercurio ha un campo magnetico globale, che è possibile solo se il nucleo è almeno parzialmente liquido.

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In che modo il nucleo di Mercurio può essere ancora liquido?

Come conciliare le piccole dimensioni di Mercurio con la realtà che sappiamo che almeno una parte del nucleo di Mercurio è liquido? La risposta sta nel rendersi conto che il nucleo di ferro di Mercurio deve avere un antigelo.

La temperatura di congelamento del ferro può essere notevolmente ridotta aggiungendo zolfo alla miscela. Sappiamo che i nuclei dei pianeti non sono fatti di ferro puro dai nostri studi sui meteoriti. La sismologia ci ha anche detto che il nucleo della Terra non è ferro puro. Contiene circa il 10% di elementi più leggeri, come zolfo, silicio, ossigeno e altri. Gli scienziati hanno stabilito che solo poche percentuali di zolfo nel nucleo di Mercurio potrebbero agire come un antigelo sufficientemente buono da trattenere una parte del liquido del nucleo di Mercurio.

Un altro ingrediente chiave per una dinamo è che il liquido conduttore deve avere movimenti vigorosi. Ciò può accadere all’interno di un pianeta se si raffredda abbastanza velocemente da trasportare il calore attraverso la convezione. Poiché Mercurio è un piccolo pianeta con un rapido raffreddamento, i moti turbolenti del trasporto di calore possono generare le correnti elettriche che producono campi magnetici.

E questo campo magnetico protegge parzialmente Mercurio dalla radiazione solare e dalle particelle ad alta energia emesse da altre stelle e galassie. È meglio di quanto possa offrire Marte.

Quindi la prossima volta che proverai a individuare Mercurio nel cielo o ti chiederai quanto valga la pena esplorare Mercurio, tieni presente questo: Mercurio è, in media, il pianeta più vicino alla Terra.

Poiché l’orbita di Mercurio è così vicina al Sole, non è mai molto lontana da noi. Di conseguenza, Mercurio è in media circa l’8,5% più vicino alla Terra rispetto a Venere. Quindi sì, questo rende Mercury, in media, il nostro vicino più prossimo.

Ciò che sorprende è quanto sia estremo. L’orbita di Mercurio attorno al Sole è meno circolare, più ellittica, di qualsiasi altro pianeta. La sua superficie ha le temperature più alte e più fredde, e grazie al freddo c’è anche molta acqua gelata, proprio accanto al sole!

È abbastanza piccolo da essere una Luna, ma ha un nucleo di un grande pianeta e persino un campo magnetico di un grande pianeta. È incredibile quanto abbia da dirci questo piccolo pianeta.

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