Mercurius

Mercurius in cijfers

Afbeelding: Enkele foto's van Mercurius, genomen door Mariner 10. [foto's: JPL]

Baan en rotatie

Mercurius heeft een aantal vreemde rotatiefenomenen, die er bijvoorbeeld voor zorgen dat een "dag" (tijd tussen twee zonsdoorgangen door het zuiden) er langer duurt dan een "jaar" (omloopstijd om de zon). De rotatie om de as duurt 59 aardse dagen, terwijl de rotatie om de zon 88 aardse dagen duurt. De eigen rotatie van Mercurius zorgt er dus voor dat de zon veel trager aan de hemel verschuift dan op de aarde: tussen twee zonsopgangen liggen 176 aardse dagen, oftewel drie asomwentelingen! De as-baanrotatie is dus in een zogenaamde 3:2 resonantie.

Mercurius heeft ook een erg excentrische baan: haar excentriciteit bedraagt 0,21. Daardoor verschilt de schijnbare diameter van de zon in grootte doorheen het Mercuriusjaar. De excentriciteit belet Mercurius trouwens om naar een 1:1 as-baanrotatie resonantie te gaan.

Een dagje op Mercurius

Stel dat je een huisje bouwt ergens op een mooi plekje midden in het Caloris-bekken op Mercurius. Je ziet de zon opkomen in het oosten. Ze lijkt bijna drie keer zo groot als hier op aarde, en ongeveer zeven keer helderder. De zonsopkomst gaat maar zeer traag en duurt ongeveer even lang als een aardse dag. Door het ontbreken van een atmosfeer zie je helemaal geen mooie kleuren in de lucht: de zon is een felwitte bal licht op een zwarte hemelachtergrond, en sterren blijven de hele dag door zichtbaar.

De zon klimt heel langzaam verder tot ze, 44 aardse dagen later, op haar hoogste punt in het zuiden komt. Haar schijnbare diameter is inmiddels gegroeid tot drie keer de grootte die we op aarde zien. Op de middag doet de zon erg vreemd: ze vertraagt, komt tot stilstand, en gaat eventjes achteruit! Na een kleine lus te hebben beschreven, beweegt ze weer gewoon verder naar het westen, waar ze 1 368 uur na haar opkomst weer ondergaat.

Op een andere plaats op Mercurius kan je de zon de lus zien beschrijven terwijl ze aan het opkomen is: de zon komt op, gaat vier aardse dagen later weer onder, en komt zes dagen later opnieuw op!

Deze eigenaardige lus die de zon beschrijft is te verklaren doordat de planeet op dat moment in haar perihelium staat, dat is het punt op haar baan waar ze het dichtst bij de zon staat. Nu zegt de tweede wet van Kepler dat een planeet op haar baan om de zon sneller beweegt als ze dichter bij de zon komt, en trager als ze verder van de zon staat. Wanneer Mercurius haar perihelium nadert, gaat ze net zo snel dat ze eventjes haar beweging rond haar as inhaalt, zodat de zon achteruit lijkt te lopen.

Temperatuur

Overdag loopt de temperatuur op Mercurius op tot ongeveer 350 °C, op sommige plaatsen zelfs 430 °C. 's Nachts is het er echter bijzonder koud: dan zakt de temperatuur tot zo'n -173 °C. Er zijn verschillende oorzaken voor dit enorme temperatuurverschil:

• Mercurius staat heel dicht bij de zon. Deze ziet er aan de hemel ook bijna drie keer zo groot uit als bij ons op aarde, en is er zowat zeven keer helderder.
• Mercurius heeft geen atmosfeer die de warmte overdag verspreidt en 's nachts vasthoudt.
• Mercurius heeft een erg trage rotatie. Daardoor blijft een oppervlak heel erg lang in de zon en krijgt het geen kans om af te koelen. Het zijn trouwens altijd dezelfde plaatsen op Mercurius die bij het perihelium, wanneer de planeet het dichtst bij de zon staat, naar de zon zijn toegekeerd. De temperatuur ligt hier gemiddeld dus hoger dan op andere plaatsen op Mercurius en loopt op tot 430 °C.

Samenstelling

Net zoals de andere aardachtige planeten bestaat Mercurius vooral uit metaal en steen: rond een uitzonderlijk dikke ijzerkern ligt een mantel van steen. De opvallende grootte van de metaalkern van Mercurius is wellicht te verklaren door een gigantische botsing: de zeer jonge Mercurius werd met een geweldige kracht geraakt door een ander object. Daarbij smolten de ijzerkernen samen en ging een groot deel van de stenen mantel verloren.

Ontstaan en geschiedenis

Mercurius is zoals alle aardachtige planeten ongeveer 4,2 miljard jaar geleden ontstaan uit de samenklontering van planetesimalen die in het binnenste gedeelte van het zonnestelsel rondzweefden. Wellicht is de protoplaneet in het begin van haar bestaan in botsing gekomen met een andere protoplaneet. Daarbij smolten de ijzerkernen van de beide lichamen samen, terwijl de steenmantel grotendeels verloren ging: deze werd aangetrokken door de nabije zon.

In zijn vroegste geschiedenis stond Mercurius bloot aan een hevig kosmisch bombardement. Uit die periode stammen de zwaar bekraterde hoogvlakten. De inslagen zorgden ook voor het uitvloeien van magma (zoals bij de zeeën op de maan).

Tegelijkertijd begon de planeet ook af te koelen. Door die afkoeling kromp het inwendige van de planeet, zodat de korst, die niet mee kromp, scheuren begon te vertonen.

Tenslotte volgde nog de inslag waaruit het Caloris-bekken ontstond (vermoedelijk zo'n 3,8 miljard jaar geleden), waarbij naast de reusachtige inslagkrater ook het heuvelachtig terrein aan de andere kant van de planeet ontstond. Het Caloris-bekken zelf werd deels opgevuld met uitvloeiend magma.

Het oppervlak van Mercurius is sindsdien waarschijnlijk niet veel meer veranderd. Daardoor is het een van de oudste oppervlakken in het zonnestelsel. Het is ook bijzonder snel gevormd: tussen het ontstaan van de planeet en de grote inslag van het Caloris-bekken verliepen niet meer dan 500 miljoen jaar.

Magnetisch veld

Aangezien Mercurius zo klein en oud is, werd aangenomen dat de planeet afgekoeld zou zijn en dat de ijzeren kern dus volledig gestold zou zijn. Daardoor zou de planeet ook geen magnetisch veld meer hebben: planetair magnetisme wordt immers grotendeels veroorzaakt door het dynamo-effect in vloeibare metalen.

Toen de Mariner 10 in 1974 echter dichter bij de planeet kwam, detecteerde de magnetometer aan boord een zwak, maar niettemin duidelijk magnetisch veld. De sterkte bedraagt ongeveer 1 % van dat van de aarde, en de vorm wijst erop dat het net zoals dat van de aarde gegenereerd wordt in het inwendige van de planeet. Dat wijst erop dat de planeet wellicht toch nog beschikt over een dunne laag vloeibaar metaal, waarschijnlijk een zeer dunne mantel omheen de kern.

Het oppervlak

Het oppervlak van Mercurius bestaat zoals bij de andere terrestrische planetenuit een vaste korst. Op het eerste gezicht ziet Mercurius er sterk uit zoals onze maan: grijs en vol met kraters. Van naderbij bekeken valt echter op dat er relatief veel kraterloze stukken zijn, die dus gevormd zijn na het kosmische bombardement uit het ontstaan van het zonnestelsel. Deze vlakten zijn, net als op de maan, van vulkanische oorsprong en bestaan uit basalt.

In 1974 vloog de Mariner 10 voorbij de planeet, en nam de sonde een reeks foto's van het oppervlak van de planeet. Omdat Mariner 10 niet in een baan om Mercurius werd geplaatst, kon niet het hele oppervlak worden gefotografeerd. Pas door MESSENGER in 2011 kregen we foto’s van het ganse planeetoppervlak!

Een heel erg opvallend kenmerk op Mercurius is het Caloris-bekken, een enorme inslagkrater van 1 300 km groot. Rondom het bekken ligt nog een gebied van 700 km breed waar scheuren, schokgolven en ejecta van de inslag duidelijk te zien zijn. Aan de achterkant van de planeet, waar de schokgolven van de inslag op elkaar botsten, ligt een vreemdsoortig verfrommeld gebied met langwerpige heuvels en valleien.

Afbeelding: het Caloris-bekken (midden-links, half in de schaduw), en een breuklijn.

De inslag waaruit het Caloris-bekken ontstond

Wat zou er gebeuren als de planetoïde die Mercurius raakte bovenop de gemeente Hove op aarde zou terechtkomen?

België, Nederland, Luxemburg en een stuk van Engeland worden compleet verpulverd in de inslagkrater. Gesmolten gesteente overspoelt Frankrijk, Duitsland, het Verenigd Koninkrijk, Zwitserland en Denemarken: ze worden bedolven onder een laag puin die tot 2 kilometer dik is. Enorme rotsblokken worden weggeslingerd en komen terecht op IJsland, Boekarest, Moskou, Rome, Caïro, ... Een reusachtige vloedgolf overspoelt de Britse eilanden, Scandinavië, Groenland, de oostkust van Noord-Amerika en de noordkust van Afrika. Aan de achterkant van de aarde wordt Australië hevig door elkaar geschud en wordt het hele continent uit de oceaan geheven en weer neergeploft. Dat veroorzaakt een tweede vloedgolf die ditmaal Zuidoost-Azië, Japan, de westkust van Zuid-Amerika en Antarctica treft. Uit enorme scheuren in de bodem, zowel in Europa als in Australië, komt vloeibaar magma naar boven dat de krater begint op te vullen. De gemiddelde temperatuur van de aardse atmosfeer stijgt tot 150°C. Het stof van de inslag en de nevel van de verdampende wereldzeeën blokkeren het zonlicht en zorgen voor een broeikaseffect. De levensvormen die de kosmische ramp zelf overleven zullen het bijzonder moeilijk krijgen om voort te bestaan... Gelukkig is de kans dat zo'n inslag ook werkelijk plaatsvindt, astronomisch klein.

Water op Mercurius

Mercurius, de planeet die het dichtst bij de zon staat, is geen plaats waar je waterijs zou verwachten. Toch hebben wetenschappers ontdekt dat er op de polen van de warmste planeet wel eens ijs zou kunnen liggen. Op radarbeelden zijn immers plekken te zien die heel erg lijken op de reflecties die we ook op de polen van Mars zien. Ook op onze maan is er ijs gevonden, en wel in diepe kraters op de zuidpool waar de zon nooit boven de horizon komt. Ook op Mercurius zijn blijkbaar van die plekken die in eeuwige duisternis gehuld zijn, en waar de temperatuur ver onder het nulpunt blijft: het moet daar rond de -170 °C zijn. Het water is wellicht grotendeels afkomstig van inslaande meteoren en kometen, hoewel een deel mogelijk ook uit het inwendige van de planeet afkomstig is.

Exploratie

Omdat Mercurius zo dicht bij de zon ligt, is ze moeilijk waar te nemen van op aarde. Het was de Amerikaanse Mariner 10 die ons in 1974 een eerste glimp van het oppervlak van Mercurius opleverde. De sonde passeerde de planeet drie keer, maar slaagde er niet in het volledige oppervlak in kaart te brengen: door de gekoppelde rotatie van Mercurius met de zon was bij elke passage van Mariner 10 steeds dezelfde kant van de planeet verlicht.

Mariner 10 ontdekte het magnetisch veld en de zeer ijle atmosfeer van Mercurius.

MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) kwam in 2011 na een reis van zeven jaar in een baan om de planeet. De ruimtesonde had zes wetenschappelijke doelstellingen: de chemische samenstelling van het oppervlak bestuderen, de geologische geschiedenis bepalen, het magnetisch veld begrijpen, de grootte van de kern bepalen, de samenstelling van de vluchtige elementen op de polen bestuderen en de exosfeer van Mercurius waarnemen. Op 30 april 2015 stortte de ruimtesonde op het oppervlak van Mercurius nadat zijn brandstof opgebruikt was.

Afbeelding: Beeld van de Kuiper-krater door Messenger. [Foto's: JPL]

De ESA en het Japanse JAXA hebben een nieuwe ruimtemissie op stapel staan naar Mercurius, namelijk BepiColombo. De ruimtesonde bestaat uit twee delen, namelijk de Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) en de Mercury Planetary Orbiter (MPO). MPO (geleid door ESA) zal in een baan van 480 bij 1500 kilometer rond Mercurius draaien, terwijl MMO (geleid door JAXA) een baan van 590 bij 11 640 kilometer zal hebben. De lancering is voorzien voor 5 oktober 2018, en de sonde zal in 2025 in een baan rond Mercurius gebracht worden.