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

Kvikksølv er den nest tetteste planeten i vårt solsystem, nest nest etter jorden . Merkur har overraskende også et globalt magnetfelt som eksisterer på grunn av et enda merkeligere fenomen som kalles frostvæske.

Kvikksølv er liten nok til å være en måne. Jupiters måne Ganymedes og Saturnus måne Titan er begge større enn Merkur. Sammenlignet med jorden er hele kvikksølv enda mindre enn bare jernkjernen som utgjør sentrum av jorden. Selv om kvikksølv er lite, er det uvanlig tett.

Hvis vi beregner kvikksølvets gjennomsnittlige tetthet ved å ta massen og dele på volumet, kommer vi med en tetthet på omtrent 5430 kilo per kubikkmeter. Enhver tetthet i den ballparken antyder en planet som for det meste er steiner og jern.

Å gjøre den samme beregningen for jorden gir en gjennomsnittlig tetthet på omtrent 5500 kilo per kubikkmeter. Jern er tettere enn bergarter, så du kan bli fristet til å konkludere med at jorden har en litt større brøkdel av jern sammenlignet med kvikksølv.

Men vent, her er den vanskelige delen kommer inn. Du ser, fordi Jorden er 18 ganger mer massiv, er trykket i det indre høyere, og disse høyere trykkene får de indre områdene av jorden til å komprimere effektivt tar opp mindre volum enn de samme materialene ville gjort på en mindre planet.

Kort sagt, tetthet bestemmes ikke bare av hva et materiale er laget av, men også av hvilket press det opplever.

Så selv om jorden har en litt høyere tetthet enn kvikksølv, ville vi tatt alt materialet i jorden og komprimert det, ville jordens ukomprimerte tetthet være 4200 kilo per kubikkmeter. For Merkur har ikke komprimering av et mye mindre innvendig trykk ikke så stor effekt. Kvikksølvens ukomprimerte tetthet ville bare være litt lavere, omtrent 5400 kilo per kubikkmeter.

Det faktum at kvikksølv har en ukomprimert tetthet mye større enn jorden, forteller oss at kvikksølv har en mye større brøkdel av jern i det indre. Faktisk har kvikksølv den største brøkdelen av jern av enhver planet i vårt solsystem. Radiusen til Mercury’s jernkjerne er omtrent 1800 kilometer, som er nesten 75% av planetens radius. I volum betyr det at kvikksølv er over 50% jernkjerne, mens jorden bare er 17% kjerne.

Så hvordan endte Merkur med en så stor kjerne? Eller med andre ord, hva skjedde tidlig i solsystemets historie for å resultere i en planet med en så stor jernkjerne? Den ledende teorien er at Merkur faktisk pleide å være mye større, med en tykkere steinete kappe rundt jernkjernen. I så fall må noe ha skjedd for milliarder av år siden, tidlig i Merkurius historie, for å fjerne det ytre kappelaget og forlate den jernrike planeten vi ser i dag.

Dette kan oppnås ved en enorm innvirkning som ga et blåsende slag mot planeten. En impaktor som bare glir forbi, sammen med noen ytre lag av kvikksølv, kunne ha rømt systemet eller krasjet inn i solen. Dette vil bety at Merkur virkelig er jernkerneresten til en mye større planet.

Forklaringer som dette er noen ganger ubehagelige for forskere fordi det virker å antyde virkelig spesielle, sjeldne omstendigheter for Merkurius dannelse. Hvis kvikksølv hadde vært litt til venstre, ville det ikke blitt truffet av den gjenstanden, og vi ville ikke se planeten vi har i dag. Det får det til å virke som en usannsynlig hendelse. Imidlertid, selv om det er sant at store påvirkninger er usannsynlige, vet vi at de skjedde i det tidlige solsystemet siden vi har bevis for dem i de store slagkratrene over hele solsystemet.

Selv det faktum at jorden har en stor måne forstås å ha involvert en enorm innvirkning. Slike kollisjoner tidlig i solsystemets historie var ikke så sjeldne eller spesielle som de ser ut fra perspektivet til dagens solsystem.

Dette er en transkripsjon fra videoserien En feltguide til planetene. Se det nå, på The Great Courses Plus.

Har Merkur et magnetfelt?

Merkurs store, metalliske kjerne er også hjemmet til en annen overraskende oppdagelse. På midten av 1970-tallet oppdaget det første romfartøyet som besøkte Merkur, Mariner 10, at kvikksølv har et magnetisk felt i global skala. Før Mariner 10-oppdraget trodde forskere ikke at Merkur hadde de rette ingrediensene for dynamohandling for å produsere et magnetfelt.

Så hvilke ingredienser trenger en dynamo?Tenk på hvordan å tråkke en sykkel kan drive et sykkellys. Dynamo-handling oppstår når materialer som er gode elektriske ledere kraftig kan bevege seg rundt på en slik måte for å skape elektromagnetisk energi fra bevegelsens kinetiske energi. Dette er den samme prosessen på en generator. I utgangspunktet kan elektriske strømmer genereres i bevegelige elektriske ledere. Og disse strømningene kan generere magnetiske felt.

På en jordbasert planet som kvikksølv er den metalliske jernkjernen en god kandidat for en elektrisk ledende region. Men for å få de kraftige bevegelsene som er nødvendige for å generere magnetiske felt gjennom dynamohandling, må jernkjernen være flytende.

Tidlig trodde forskere ikke at det ville være mulig for Mercury’s core å være flytende. Dette er fordi Merkur er en liten planet, og små planeter kjøler seg raskere enn store planeter på grunn av deres større overflateareal til volumforhold. Termiske modeller for kvikksølv viste at temperaturene i interiøret ville være under frysetemperaturen på jern, som er omtrent 2800 Fahrenheit. Så Mercurius kjernen ville være solid.

Men så kommer selvfølgelig Mariner 10-oppdraget og det nyere MESSENGER-oppdraget i 2011, som begge demonstrerte at Merkur har et globalt magnetfelt, noe som bare er mulig hvis kjernen er minst delvis flytende.

Lær mer om hvordan solsystemfamilien er organisert.

Hvordan kunne Mercury’s Core fortsatt være flytende?

Hvordan forener vi Mercury’s lille størrelse med det faktum at vi i det minste vet at noen av Mercury’s core er flytende? Svaret ligger i å innse at Merkurs jernkjerne må ha frostvæske.

Jernets frysetemperatur kan reduseres kraftig ved å tilsette svovel til blandingen. Vi vet at kjernene til planeter ikke er laget av rent jern fra våre studier av meteoritter. Seismologi har også fortalt oss at jordens kjerne ikke er rent jern. Den inneholder omtrent 10% lettere elementer, som svovel, silisium, oksygen og andre. Forskere har bestemt at bare noen få prosent svovel i Mercury’s core kan fungere som en god nok frostvæske til å holde en del av Mercury’s core væske.

En annen viktig ingrediens for en dynamo er at væskelederen må ha kraftige bevegelser. Dette kan skje inne på en planet hvis den kjøler seg raskt nok til å transportere varme gjennom konveksjon. Fordi Merkur er en liten planet med rask avkjøling, kan de turbulente kurerbevegelsene fra varmetransport generere elektriske strømmer som produserer magnetiske felt.

Og dette magnetfeltet beskytter kvikksølv delvis mot solstråling og fra høyenergipartikler som sendes ut fra andre stjerner og galakser. Det er bedre enn Mars kan tilby.

Så neste gang du prøver å få øye på Merkur på himmelen, eller lurer på hvor verdt det er å utforske Merkur, må du huske på dette: Merkur er i gjennomsnitt den nærmeste planeten Jorden.

Siden kvikksølvbanen er så nær solen, er den aldri veldig langt borte fra oss. Som et resultat er Kvikksølv gjennomsnittlig 8,5% nærmere Jorden enn Venus. Så ja, dette gjør Merkur i gjennomsnitt til vår nærmeste nabo.

Det som er overraskende er bare hvor ekstremt det er. Kvikksølvens bane rundt Solen er mindre sirkulær – mer elliptisk – enn noen annen planet. Overflaten har de høyeste og kaldeste temperaturene, og takket være kulden er det til og med mye frossent vann, rett ved siden av solen!

Den er liten nok til å være en måne, men den har en storplanetkjerne og til og med et magnetfelt med stor planet. Det er utrolig hvor mye denne lille planeten har å fortelle oss.

Lær mer om Venus, den tilslørte drivhusplaneten.

Vanlige spørsmål om kvikksølv, den nest tetteste planeten