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

Quecksilber ist nach der Erde der zweitdichteste Planet unseres Sonnensystems . Überraschenderweise hat Quecksilber auch ein globales Magnetfeld, das aufgrund eines noch seltsameren Phänomens namens Frostschutzmittel existiert.

Merkur ist klein genug, um ein Mond zu sein. Jupiters Mond Ganymed und Saturns Mond Titan sind beide größer als Merkur. Im Vergleich zur Erde ist Quecksilber sogar noch kleiner als nur der Eisenkern, aus dem der Erdmittelpunkt besteht. Obwohl Quecksilber klein ist, ist es ungewöhnlich dicht.

Wenn wir die durchschnittliche Dichte von Quecksilber berechnen, indem wir seine Masse nehmen und durch sein Volumen dividieren, erhalten wir eine Dichte von etwa 5430 Kilogramm pro Kubikmeter. Jede Dichte in diesem Stadion deutet auf einen Planeten hin, der hauptsächlich aus Steinen und Eisen besteht.

Wenn Sie dieselbe Berechnung für die Erde durchführen, erhalten Sie eine durchschnittliche Dichte von etwa 5500 Kilogramm pro Kubikmeter. Eisen ist dichter als Steine, daher könnte man den Schluss ziehen, dass die Erde im Vergleich zu Quecksilber einen etwas größeren Eisenanteil aufweist.

Aber Moment mal, hier kommt der schwierige Teil ins Spiel. Sie sehen, weil die Erde 18-mal so massereich ist, sind die Drücke im Inneren höher und diese höheren Drücke bewirken, dass sich die inneren Regionen der Erde komprimieren und nimmt effektiv weniger Volumen auf als die gleichen Materialien auf einem kleineren Planeten.

Kurz gesagt, die Dichte hängt nicht nur davon ab, woraus ein Material besteht, sondern auch davon, welchem Druck es ausgesetzt ist.

Obwohl die Erde eine etwas höhere Dichte als Quecksilber hat, würde die unkomprimierte Dichte der Erde 4200 Kilogramm pro Kubikmeter betragen, wenn wir das gesamte Material der Erde aufnehmen und dekomprimieren würden. Für Mercury hat das Dekomprimieren eines viel kleineren Innendrucks keine so große Wirkung. Die unkomprimierte Dichte von Quecksilber wäre mit etwa 5400 Kilogramm pro Kubikmeter nur geringfügig geringer.

Die Tatsache, dass Quecksilber eine unkomprimierte Dichte hat, die viel größer als die Erde ist, zeigt, dass Quecksilber einen viel größeren Eisenanteil in seinem Inneren hat. Tatsächlich hat Merkur den größten Eisenanteil aller Planeten in unserem Sonnensystem. Der Radius des Eisenkerns von Merkur beträgt ungefähr 1800 Kilometer, was fast 75% des Radius des Planeten entspricht. Volumenmäßig bedeutet dies, dass Quecksilber zu mehr als 50% aus Eisen besteht, während die Erde nur zu 17% aus Kern besteht.

Wie kam Merkur zu einem so großen Kern? Oder mit anderen Worten, was geschah zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems, um einen Planeten mit einem so großen Eisenkern hervorzubringen? Die führende Theorie besagt, dass Quecksilber früher viel größer war und seinen Eisenkern von einem dickeren Felsmantel umgeben war. Wenn ja, muss vor Milliarden von Jahren, früh in der Geschichte von Merkur, etwas passiert sein, um die äußere Mantelschicht zu entfernen und den eisenreichen Planeten zu verlassen, den wir heute sehen.

Dies könnte durch einen riesigen Aufprall erreicht werden, der dem Planeten einen flüchtigen Schlag versetzte. Ein Impaktor, der gerade zusammen mit einigen äußeren Schichten von Quecksilber vorbeigleitet, könnte dem System entkommen oder gegen die Sonne gekracht sein. Dies würde bedeuten, dass Merkur wirklich der Eisenkernrest eines viel größeren Planeten ist.

Erklärungen wie diese sind für Wissenschaftler manchmal unangenehm, weil es scheint um wirklich besondere, seltene Umstände für die Bildung von Merkur vorzuschlagen. Wenn Merkur nur ein wenig links gewesen wäre, wäre es nicht von diesem Objekt getroffen worden und wir würden den Planeten, den wir heute haben, nicht sehen. Das lässt es als unwahrscheinlich erscheinen. Obwohl es wahr ist, dass große Auswirkungen unwahrscheinlich sind, wissen wir, dass sie im frühen Sonnensystem aufgetreten sind, da wir Beweise für sie in den großen Einschlagskratern im gesamten Sonnensystem haben.

Sogar die Tatsache, dass die Erde hat einen großen Mond soll einen riesigen Aufprall mit sich gebracht haben. Solche Kollisionen zu Beginn der Geschichte unseres Sonnensystems waren nicht so selten oder besonders, wie sie aus der Sicht des heutigen Sonnensystems erscheinen.

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Hat Quecksilber ein Magnetfeld?

Der große metallische Kern von Quecksilber beherbergt auch eine weitere überraschende Entdeckung. Mitte der 1970er Jahre entdeckte Mariner 10, das erste Raumschiff, das Merkur besuchte, dass Merkur ein Magnetfeld im globalen Maßstab besitzt. Vor der Mariner 10-Mission glaubten die Wissenschaftler nicht, dass Quecksilber die richtigen Zutaten für die Dynamowirkung zur Erzeugung eines Magnetfelds hatte.

Welche Zutaten benötigt ein Dynamo?Denken Sie daran, wie das Treten eines Fahrrads ein Fahrradlicht antreiben kann. Dynamowirkung tritt auf, wenn sich Materialien, die gute elektrische Leiter sind, kräftig bewegen können, um aus der kinetischen Energie der Bewegungen elektromagnetische Energie zu erzeugen. Dies ist der gleiche Vorgang bei der Arbeit in einem Generator. Grundsätzlich können in sich bewegenden elektrischen Leitern elektrische Ströme erzeugt werden. Und diese Ströme können Magnetfelder erzeugen.

In einem terrestrischen Planeten wie Merkur ist der metallische Eisenkern ein guter Kandidat für eine elektrisch leitende Region. Um jedoch die kräftigen Bewegungen zu haben, die zur Erzeugung von Magnetfeldern durch Dynamowirkung erforderlich sind, muss der Eisenkern flüssig sein.

Schon früh dachten Wissenschaftler nicht, dass der Quecksilberkern flüssig sein könnte. Dies liegt daran, dass Merkur ein kleiner Planet ist und kleine Planeten aufgrund ihres größeren Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen schneller abkühlen als große Planeten. Wärmemodelle für Quecksilber zeigten, dass die Temperaturen im Inneren unter der Gefriertemperatur von Eisen liegen würden, die etwa 2800 Fahrenheit beträgt. Der Kern von Merkur wäre also solide.

Aber dann kommen natürlich die Mariner 10-Mission und die neuere MESSENGER-Mission im Jahr 2011, die beide gezeigt haben, dass Merkur ein globales Magnetfeld hat, das nur möglich ist, wenn der Kern mindestens ist teilweise flüssig.

Erfahren Sie mehr über die Organisation der Sonnensystemfamilie.

Wie könnte der Quecksilberkern noch flüssig sein?

Wie bringen wir die geringe Größe von Merkur mit der Tatsache in Einklang? dass wir wissen, dass zumindest ein Teil des Quecksilberkerns flüssig ist? Die Antwort liegt in der Erkenntnis, dass der Eisenkern von Quecksilber ein Frostschutzmittel haben muss.

Die Gefriertemperatur von Eisen kann durch Zugabe von Schwefel zu der Mischung stark gesenkt werden. Wir wissen aus unseren Untersuchungen von Meteoriten, dass die Kerne von Planeten nicht aus reinem Eisen bestehen. Die Seismologie hat uns auch gesagt, dass der Erdkern kein reines Eisen ist. Es enthält etwa 10% leichtere Elemente wie Schwefel, Silizium, Sauerstoff und andere. Wissenschaftler haben festgestellt, dass nur wenige Prozent Schwefel im Quecksilberkern als Frostschutzmittel gut genug wirken können, um einen Teil des Quecksilberkerns flüssig zu halten.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil eines Dynamos ist, dass der Flüssigkeitsleiter kräftige Bewegungen ausführen muss. Dies kann innerhalb eines Planeten auftreten, wenn er schnell genug abkühlt, um Wärme durch Konvektion zu transportieren. Da Merkur ein kleiner Planet mit schneller Abkühlung ist, können die turbulenten Bewegungen des Wärmetransports die elektrischen Ströme erzeugen, die Magnetfelder erzeugen.

Und dieses Magnetfeld schützt Quecksilber teilweise vor Sonnenstrahlung und vor hochenergetischen Partikeln, die von anderen Sternen und Galaxien emittiert werden. Das ist besser als der Mars bieten kann.

Wenn Sie also das nächste Mal versuchen, Merkur am Himmel zu entdecken, oder sich fragen, wie lohnend es ist, Merkur zu erkunden, denken Sie daran: Merkur ist im Durchschnitt der der Erde am nächsten gelegene Planet.

Da die Umlaufbahn von Merkur so nah an der Sonne liegt, ist sie nie sehr weit von uns entfernt. Infolgedessen liegt Merkur durchschnittlich 8,5% näher an der Erde als die Venus. Ja, das macht Merkur im Durchschnitt zu unserem nächsten Nachbarn.

Was überrascht, ist, wie extrem es ist. Die Umlaufbahn von Merkur um die Sonne ist weniger kreisförmig – elliptischer – als jeder andere Planet. Die Oberfläche hat die höchsten und kältesten Temperaturen und dank der Kälte gibt es sogar viel gefrorenes Wasser direkt neben der Sonne!

Es ist klein genug, um ein Mond zu sein, hat aber einen großen Planetenkern und sogar ein großes Planetenmagnetfeld. Es ist erstaunlich, wie viel uns dieser kleine Planet zu erzählen hat.

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Häufige Fragen zu Merkur, dem zweitdichtesten Planeten