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

Kvicksilver är den näst tätaste planeten i vårt solsystem, näst efter jorden . Kvicksilver har överraskande också ett globalt magnetfält som existerar på grund av ett ännu främmande fenomen som kallas frostskyddsmedel.

Kvicksilver är tillräckligt liten för att vara en måne. Jupiters måne Ganymedes och Saturnus måne Titan är båda större än Merkurius. Jämfört med jorden är hela kvicksilver ännu mindre än bara järnkärnan som utgör jordens centrum. Även om kvicksilver är litet är det ovanligt tätt.

Om vi beräknar kvicksilvers genomsnittliga densitet genom att ta dess massa och dividera med dess volym, kommer vi med en densitet på cirka 5430 kg per kubikmeter. Varje densitet i den här ballparken antyder en planet som mestadels är stenar och järn.

Att göra samma beräkning för jorden ger en genomsnittlig densitet på cirka 5500 kg per kubikmeter. Järn är tätare än stenar, så du kan bli frestad att dra slutsatsen att jorden har en något större järnfraktion jämfört med kvicksilver.

Men vänta, här kommer den knepiga delen in. Du förstår, eftersom jorden är 18 gånger mer massiv, är trycket i det inre högre och dessa högre tryck får jordens inre områden att komprimera effektivt tar upp mindre volym än samma material skulle göra på en mindre planet.

Kort sagt, tätheten bestäms inte bara av vad ett material är tillverkat av, utan också av vilket tryck det upplever.

Så även om jorden har en något högre densitet än kvicksilver, om vi skulle ta allt material på jorden och packa upp det skulle jordens okomprimerade densitet vara 4200 kg per kubikmeter. För kvicksilver har inte komprimering av ett mycket mindre inre tryck så stor effekt. Merkurius okomprimerade densitet skulle bara vara något lägre, cirka 5400 kg per kubikmeter.

Det faktum att kvicksilver har en okomprimerad densitet som är mycket större än jorden berättar för oss att kvicksilver har en mycket större järnfraktion i sitt inre. I själva verket har kvicksilver den största andelen järn av någon planet i vårt solsystem. Radien för Merkurius järnkärna är cirka 1800 kilometer, vilket är nästan 75% av planetens radie. I volym betyder det att kvicksilver är över 50% järnkärna, medan jorden bara är 17% kärna.

Så hur hamnade Merkurius med en så stor kärna? Eller med andra ord, vad hände tidigt i solsystemets historia för att resultera i en planet med en så stor järnkärna? Den ledande teorin är att Merkurius faktiskt brukade vara mycket större, med en tjockare stenig mantel som omger sin järnkärna. Om så är fallet måste något ha hänt för miljarder år sedan, tidigt i Merkurius historia, för att ta bort det yttre mantelskiktet och lämna den järnrika planet vi ser idag.

Detta kan åstadkommas med en gigantisk inverkan som gav ett blickande slag mot planeten. En slagkropp som bara glider förbi, tillsammans med några yttre lager av kvicksilver, kunde ha rymt systemet eller kraschat in i solen. Detta skulle innebära att kvicksilver verkligen är järnkärnan av en mycket större planet.

Förklaringar som detta är ibland obekväma för forskare eftersom det verkar för att föreslå riktigt speciella, sällsynta omständigheter för Merkurys bildande. Om kvicksilver bara hade varit lite åt vänster hade det inte drabbats av det föremålet och vi skulle inte se den planet vi har idag. Det gör att det verkar som en osannolik händelse. Men även om det är sant att stora påverkan är osannolika, vet vi att de inträffade i det tidiga solsystemet eftersom vi har bevis för dem i de stora slagkratrarna över hela solsystemet. har en stor måne menas ha haft en enorm inverkan. Sådana kollisioner tidigt i vårt solsystems historia var inte så sällsynta eller speciella som de verkar ur dagens solsystem.

Detta är ett transkript från videoserien En fältguide till planeterna. Titta på det nu, på The Great Courses Plus.

Har Merkurius ett magnetfält?

Mercurius stora metallkärna är också hem för en annan överraskande upptäckt. I mitten av 1970-talet upptäckte den första rymdfarkosten som besökte Mercury, Mariner 10, att Mercury hade ett magnetfält i global skala. Innan Mariner 10-uppdraget trodde forskare inte att Merkurius hade rätt ingredienser för dynamoåtgärd för att producera ett magnetfält.

Så vilka ingredienser behöver en dynamo?Tänk på hur trampa en cykel kan driva ett cykelljus. Dynamoåtgärd inträffar när material som är bra elektriska ledare kraftigt kan röra sig på ett sådant sätt att skapa elektromagnetisk energi från rörelsernas kinetiska energi. Detta är samma process på jobbet i en generator. I grund och botten kan elektriska strömmar genereras i rörliga elektriska ledare. Och dessa strömmar kan generera magnetfält.

På en markplanet som kvicksilver är den metalliska järnkärnan en bra kandidat för ett elektriskt ledande område. Men för att få de kraftiga rörelser som krävs för att generera magnetfält genom dynamoåtgärd måste järnkärnan vara flytande.

Tidigt trodde forskare inte att det skulle vara möjligt för Mercurys kärna att vara flytande. Detta beror på att kvicksilver är en liten planet, och små planeter svalnar snabbare än stora planeter på grund av deras större yta till volymförhållande. Termiska modeller för kvicksilver visade att temperaturerna i det inre skulle ligga under järnens frysningstemperatur, vilket är ungefär 2800 Fahrenheit. Så Mercurys kärna skulle vara solid.

Men sedan kommer naturligtvis Mariner 10-uppdraget och det senaste MESSENGER-uppdraget 2011, som båda visade att Merkurius har ett globalt magnetfält, vilket bara är möjligt om kärnan är åtminstone delvis flytande.

Läs mer om hur solsystemfamiljen är organiserad.

Hur kunde Merkurius kärna fortfarande vara flytande?

Hur förenar vi Merkurius lilla storlek med det faktum att vi vet att åtminstone en del av Mercurys kärna är flytande? Svaret ligger i att inse att Mercurys järnkärna måste ha frostskyddsmedel.

Järns frysningstemperatur kan minskas kraftigt genom att tillsätta svavel i blandningen. Vi vet att planeternas kärnor inte är gjorda av rent järn från våra studier av meteoriter. Seismologi har också sagt att jordens kärna inte är rent järn. Den innehåller cirka 10% lättare element, som svavel, kisel, syre och andra. Forskare har bestämt att bara några procent svavel i kvicksilvers kärna kan fungera som en tillräckligt bra frostskyddsmedel för att hålla en del av kvicksilvers kärna flytande.

En annan viktig ingrediens för en dynamo är att vätskeledaren måste ha kraftiga rörelser. Detta kan inträffa inne i en planet om det kyls tillräckligt snabbt för att transportera värme genom konvektion. Eftersom kvicksilver är en liten planet med snabb kylning kan de turbulenta kärrrörelserna från värmetransport generera de elektriska strömmarna som producerar magnetfält.

Och detta magnetfält skyddar delvis kvicksilver från solstrålning och från högenergipartiklar som släpps ut från andra stjärnor och galaxer. Det är bättre än Mars kan erbjuda.

Så nästa gång du försöker upptäcka kvicksilver på himlen eller undrar hur värdefullt det är att utforska kvicksilver, kom ihåg detta: Merkurius är i genomsnitt den närmaste planeten till jorden.

Eftersom Merkurius omloppsbana ligger så nära solen är det aldrig så långt ifrån oss. Som ett resultat är Merkurius i genomsnitt cirka 8,5% närmare jorden än Venus. Så ja, detta gör Merkurius i genomsnitt till vår närmaste granne.

Det som är förvånande är hur extremt det är. Kvicksilvers bana runt solen är mindre cirkulär – mer elliptisk – än någon annan planet. Ytan har de högsta och kallaste temperaturerna, och tack vare kylan finns det till och med mycket fryst vatten, precis intill solen!

Den är tillräckligt liten för att vara en måne, men ändå har den en stor-planet kärna och till och med ett stort-planet magnetfält. Det är fantastiskt hur mycket den här lilla planeten har att berätta för oss.

Lär dig mer om Venus, den dolda växthusplaneten.

Vanliga frågor om kvicksilver, den andra tätaste planeten