Dr Sabine Stanley, John Hopkins University

Merkury to druga najgęstsza planeta naszego Układu Słonecznego, ustępująca tylko Ziemi . Co zaskakujące, Merkury ma również globalne pole magnetyczne, które istnieje z powodu jeszcze dziwniejszego zjawiska zwanego środkiem przeciw zamarzaniu.

Merkury jest wystarczająco mały, aby być księżycem. Księżyc Jowisza, Ganimedes, i księżyc Saturna, Tytan, są większe niż Merkury. W porównaniu z Ziemią cały Merkury jest nawet mniejszy niż tylko żelazne jądro, które stanowi środek Ziemi. Chociaż Merkury jest mały, jest niezwykle gęsty.

Jeśli obliczymy średnią gęstość Merkurego, dzieląc jej masę i objętość, otrzymamy gęstość około 5430 kilogramów na metr sześcienny. Każda gęstość na tym polu gry sugeruje planetę złożoną głównie ze skał i żelaza.

Wykonanie tych samych obliczeń dla Ziemi daje średnią gęstość około 5500 kilogramów na metr sześcienny. Żelazo jest gęstsze niż skały, więc możesz pokusić się o stwierdzenie, że Ziemia ma nieco większy ułamek żelaza w porównaniu z Merkurym.

Ale poczekaj, tutaj pojawia się trudna część. Widzisz, ponieważ Ziemia jest 18 razy masywniejsza, ciśnienie we wnętrzu jest wyższe, a te wyższe ciśnienia powodują kompresję wewnętrznych obszarów Ziemi , efektywnie zajmując mniejszą objętość niż te same materiały na mniejszej planecie.

Krótko mówiąc, gęstość nie zależy tylko od tego, z czego wykonany jest materiał, ale także od nacisku, jakiego doświadcza.

Więc nawet jeśli Ziemia ma nieco większą gęstość niż Merkury, gdybyśmy wzięli cały materiał z Ziemi i zdekompresowali go, to gęstość Ziemi bez kompresji wyniosłaby 4200 kilogramów na metr sześcienny. W przypadku Merkurego zdekompresowanie znacznie mniejszego ciśnienia wewnętrznego nie ma tak dużego efektu. Gęstość nieskompresowanej Merkurego byłaby tylko nieznacznie niższa, około 5400 kilogramów na metr sześcienny.

Fakt, że Merkury ma gęstość nieskompresowaną znacznie większą niż Ziemia, mówi nam, że Merkury ma znacznie większą frakcję żelaza w swoim wnętrzu. W rzeczywistości Merkury ma największą frakcję żelaza ze wszystkich planet w naszym Układzie Słonecznym. Promień żelaznego jądra Merkurego wynosi około 1800 kilometrów, co stanowi prawie 75% promienia planety. Pod względem objętości oznacza to, że Merkury to ponad 50% żelaznego rdzenia, podczas gdy Ziemia to tylko 17%.

Więc w jaki sposób Merkury skończył z tak dużym rdzeniem? Innymi słowy, co działo się na początku historii Układu Słonecznego, co doprowadziło do powstania planety z tak dużym żelaznym rdzeniem? Wiodąca teoria głosi, że Merkury był w rzeczywistości znacznie większy, z grubszym kamiennym płaszczem otaczającym żelazne jądro. Jeśli tak, to coś musiało się wydarzyć miliardy lat temu, na początku historii Merkurego, aby usunąć zewnętrzną warstwę płaszcza i opuścić bogatą w żelazo planetę, którą widzimy dzisiaj.

Można to osiągnąć przez gigantyczne uderzenie, które zadał planecie błyskawiczny cios. Przesuwający się obok impaktor wraz z niektórymi zewnętrznymi warstwami Merkurego mógł uciec z układu lub uderzyć w Słońce. Oznaczałoby to, że Merkury jest tak naprawdę pozostałością rdzenia żelaza po znacznie większej planecie.

Wyjaśnienia takie jak te są czasami niewygodne dla naukowców, ponieważ wydaje się zasugerować naprawdę wyjątkowe, rzadkie okoliczności powstania Merkurego. Gdyby Merkury znajdował się trochę po lewej stronie, nie zostałby uderzony przez ten obiekt i nie widzielibyśmy planety, którą mamy dzisiaj. To sprawia, że wydaje się to mało prawdopodobne. Jednak, chociaż prawdą jest, że duże uderzenia są mało prawdopodobne, wiemy, że miały one miejsce we wczesnym Układzie Słonecznym, ponieważ mamy dowody na to w dużych kraterach uderzeniowych w całym Układzie Słonecznym.

Nawet fakt, że Ziemia przyjmuje się, że ma duży Księżyc spowodował gigantyczne uderzenie. Takie kolizje na początku historii naszego Układu Słonecznego nie były tak rzadkie ani wyjątkowe, jak się wydaje z perspektywy dzisiejszego Układu Słonecznego.

To jest zapis z serii filmów A Field Guide to the Planets. Obejrzyj teraz w The Great Courses Plus.

Czy Merkury ma pole magnetyczne?

Duży, metalowy rdzeń rtęci jest także domem dla innego zaskakującego odkrycia. W połowie lat siedemdziesiątych pierwszy statek kosmiczny, który odwiedził Merkurego, Mariner 10, odkrył, że Merkury ma pole magnetyczne o skali globalnej. Przed misją Mariner 10 naukowcy uważali, że Merkury nie ma odpowiednich składników do działania dynamo, aby wytworzyć pole magnetyczne.

Więc jakich składników potrzebuje dynamo?Pomyśl, jak pedałowanie roweru może napędzać światło rowerowe. Działanie dynama występuje, gdy materiały, które są dobrymi przewodnikami elektrycznymi, mogą energicznie poruszać się w taki sposób, aby wytworzyć energię elektromagnetyczną z energii kinetycznej ruchów. To jest ten sam proces w generatorze. Zasadniczo prądy elektryczne mogą być generowane w ruchomych przewodach elektrycznych. Prądy te mogą generować pola magnetyczne.

Na ziemskiej planecie, takiej jak Merkury, metaliczny żelazny rdzeń jest dobrym kandydatem na obszar przewodzący prąd elektryczny. Ale aby uzyskać energiczne ruchy niezbędne do wytworzenia pól magnetycznych poprzez działanie dynama, żelazny rdzeń musi być płynny.

Na początku naukowcy nie sądzili, że rdzeń Merkurego może być płynny. Dzieje się tak, ponieważ Merkury jest małą planetą, a małe planety chłodzą się szybciej niż duże planety ze względu na ich większy stosunek powierzchni do objętości. Modele termiczne dla Merkurego wykazały, że temperatura we wnętrzu byłaby niższa od temperatury zamarzania żelaza, która wynosi około 2800 Fahrenheita. Więc rdzeń Merkurego byłby solidny.

Ale potem, oczywiście, nadchodzi misja Mariner 10 i ostatnia misja MESSENGER w 2011 roku, z których obie wykazały, że Merkury ma globalne pole magnetyczne, które jest możliwe tylko wtedy, gdy rdzeń jest co najmniej częściowo płynny.

Dowiedz się więcej o tym, jak zorganizowana jest rodzina Układu Słonecznego.

Jak rdzeń Merkurego może być nadal płynny?

Jak pogodzić mały rozmiar Merkurego z faktem że wiemy, że przynajmniej część rdzenia Merkurego jest płynna? Odpowiedź leży w uświadomieniu sobie, że żelazny rdzeń Merkurego musi mieć płyn niezamarzający.

Temperaturę zamrażania żelazka można znacznie obniżyć poprzez dodanie siarki do mieszanki. Wiemy, że rdzenie planet nie są wykonane z czystego żelaza z naszych badań meteorytów. Sejsmologia powiedziała nam również, że jądro Ziemi nie jest z czystego żelaza. Zawiera około 10% lżejszych pierwiastków, takich jak siarka, krzem, tlen i inne. Naukowcy ustalili, że zaledwie kilka procent siarki w rdzeniu Merkurego może działać jako dostatecznie dobry środek przeciw zamarzaniu, aby zatrzymać część płynu rdzeniowego Merkurego.

Innym kluczowym składnikiem dynamo jest to, że płynny przewodnik musi mieć energiczne ruchy. Może to nastąpić wewnątrz planety, jeśli stygnie ona wystarczająco szybko, aby przenosić ciepło przez konwekcję. Ponieważ Merkury jest małą planetą z szybkim chłodzeniem, burzliwe ruchy ubijania z transportu ciepła mogą generować prądy elektryczne, które wytwarzają pola magnetyczne.

A to pole magnetyczne częściowo chroni Merkurego przed promieniowaniem słonecznym i wysokoenergetycznymi cząsteczkami emitowanymi przez inne gwiazdy i galaktyki. To lepsze, niż może zaoferować Mars.

Więc następnym razem, gdy będziesz próbować dostrzec Merkurego na niebie lub zastanawiasz się, jak warto jest go badać, miej to na uwadze: Merkury jest średnio najbliższą Ziemi planetą.

Ponieważ orbita Merkurego znajduje się tak blisko Słońca, nigdy nie jest zbyt daleko od nas. W rezultacie Merkury znajduje się średnio około 8,5% bliżej Ziemi niż Wenus. Więc tak, to średnio czyni Merkurego naszym najbliższym sąsiadem.

Zaskakujące jest to, jak bardzo jest to ekstremalne. Orbita Merkurego wokół Słońca jest mniej kołowa – bardziej eliptyczna – niż jakiejkolwiek innej planety. Jego powierzchnia ma najwyższe i najzimniejsze temperatury, a dzięki mrozie, tuż obok Słońca jest nawet dużo zamarzniętej wody!

Jest wystarczająco mały, aby być Księżycem, ale ma jądro dużej planety, a nawet pole magnetyczne dużej planety. To niesamowite, ile ta mała planeta ma nam do powiedzenia.

Dowiedz się więcej o Wenus, zasłoniętej planecie cieplarnianej.

Częste pytania dotyczące Merkurego, drugiej najgęstszej planety