Det tætteste på den lysende og den mindste planet i solsystemet er stadig et mysterium. Ligesom Jorden og de fire gasgiganter - Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune, har Merkur sin egen magnetosfære. Efter undersøgelser af MESSENGER-stationen (MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry) begyndte arten af dette magnetiske lag at blive klar. De vigtigste resultater af missionen er allerede inkluderet i monografier og lærebøger. Hvordan en lille planet formåede at bevare magnetosfæren.
For at et himmellegeme har sin egen magnetosfære er der behov for en kilde til magnetfelt. Ifølge de fleste forskere udløses dynamoeffekten her. I tilfælde af Jorden ser det sådan ud. I planetens tarm er der en metalkerne med et solidt centrum og en flydende skal. På grund af henfaldet af radioaktive elementer frigøres varme, hvilket fører til dannelse af konvektiv strømning af en ledende væske. Disse strømme genererer planetens magnetiske felt.
Feltet interagerer med solvindstrømmene af ladede partikler fra stjernen. Dette kosmiske plasma bærer med sig sit eget magnetfelt. Hvis planetens magnetfelt tåler solstrålingens tryk, det vil sige, afbøjer det i en betydelig afstand fra overfladen, siger de, at planeten har sin egen magnetosfære. Foruden Mercury, Jorden og de fire gasgiganter har Ganymede, den største satellit af Jupiter, en magnetosfære.
For de øvrige planeter og måner i solsystemet mødes den stellare vind næsten ingen modstand. Dette sker for eksempel på Venus og sandsynligvis på Mars. Naturen af Jordens magnetfelt betragtes stadig som det geofysiske hoved mysterium. Albert Einstein betragtede det som en af de fem vigtigste videnskabelige opgaver.
Dette skyldes det faktum, at selv om geodynamo-teorien praktisk taget er ubestridt, skaber den store vanskeligheder. I henhold til klassisk magnetohydrodynamik skulle dynamoeffekten forfaldne, og planetens kerne skulle køle ned og hærde. Der er stadig ingen nøjagtig forståelse af de mekanismer, som Jorden opretholder virkningen af dynamoens selvgenerering sammen med de observerede træk ved magnetfeltet, primært geomagnetiske afvigelser, migration og pol reversering.
Problemer med en kvantitativ beskrivelse skyldes sandsynligvis problemets i det væsentlige ikke-lineære karakter. I tilfælde af Merkur er dynamoproblemet endnu mere akut end for Jorden. Hvordan holdt en sådan lille planet sin egen magnetosfære? Betyder det, at dens kerne stadig er i flydende tilstand og genererer nok varme? Eller er der nogle specielle mekanismer, der gør det muligt for himmellegemet at beskytte sig mod solvinden?
Kviksølv er ca. 20 gange lettere og mindre end Jorden. Den gennemsnitlige massefylde kan sammenlignes med jordens. Året varer 88 dage, men himmellegemet er ikke i tidevandsfangst med solen, men roterer rundt om sin egen akse med en periode på ca. 59 dage. Kviksølv adskiller sig fra andre planeter i solsystemet med en relativt stor metalkerne - den tegner sig for omkring 80 procent af et himmellegeme radius. Til sammenligning optager Jordens kerne kun ca. halvdelen af sin radius.
Det magnetiske felt Mercury blev opdaget i 1974 af den amerikanske station Mariner 10, der registrerede bursts af højenergipartikler. Det magnetiske felt i det himmellegeme, der er tættest på Solen, er omkring hundrede gange svagere end det jordiske, det ville passe helt ind i en sfære på størrelse med Jorden, og som vores planet dannes af en dipol, det vil sige den har to og ikke fire, som gasgiganter, magnetiske poler.
Salgsfremmende video:
Foto: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington / NASA
De første teorier, der forklarede arten af Mercurys magnetosfære blev foreslået i 1970'erne. De fleste af dem er baseret på dynamoeffekt. Disse modeller blev verificeret fra 2011 til 2015, da MESSENGER-stationen studerede planeten. De data, der blev opnået fra enheden, afslørede den usædvanlige geometri af magnetosfæren i Mercury. Især i nærheden af planeten forekommer magnetisk genforbindelse - den gensidige omarrangering af magnetfeltets indre og eksterne kraftlinjer - cirka ti gange oftere.
Dette fører til dannelse af mange hulrum i magnetosfæren af Kvikksølv, hvilket tillader, at solvinden når planetens overflade næsten uhindret. Derudover opdagede MESSENGER remanence i en himmellegems skorpe. Ved hjælp af disse data har forskere estimeret den nedre grænse for gennemsnitsalderen for Mercurys magnetfelt til 3,7-3,9 milliarder år. Dette bekræfter, som forskerne bemærkede, gyldigheden af dynamoeffekten for dannelsen af planetens globale magnetfelt såvel som tilstedeværelsen af en flydende ydre kerne i den.
I mellemtiden forbliver spørgsmålet om Merkurius struktur åben. Det er muligt, at det ydre lag af kernen indeholder metalflager - jernsnæ. Denne hypotese er meget populær, fordi den forklarer Mercurys egen magnetosfære med den samme dynamoeffekt og tillader lave temperaturer og en kvasi-solid (eller kvasi-flydende) kerne inde i planeten.
Foto: Carnegie Institution of Washington / JHUAPL / NASA
Det er kendt, at kernerne på de jordiske planeter hovedsagelig dannes af jern og svovl. Svovlindeslutninger er også kendt for at sænke smeltepunktet for kernestoffet og efterlade det væske. Dette betyder, at der kræves mindre varme for at opretholde dynamo-effekten, som Merkur allerede producerer for lidt. For næsten ti år siden demonstrerede geofysikere, der udførte en række eksperimenter, at jernsnø under høje trykforhold kan falde mod midten af planeten, og en flydende blanding af jern og svovl kan stige mod den fra den indre kerne. Dette kan skabe en dynamoeffekt i tarmene i Merkur.
MESSENGER-dataene bekræftede disse fund. Spektrometret installeret på stationen viste et ekstremt lavt indhold af jern og andre tunge elementer i de vulkaniske klipper på planeten. Der er næsten intet jern i det tynde lag af Mercurys mantel, og det er hovedsageligt dannet af silikater. Det faste centrum tegner sig for cirka halvdelen (ca. 900 kilometer) af kernens radius, resten er besat af det smeltede lag. Mellem dem er der sandsynligvis et lag, i hvilket metalflager bevæger sig fra top til bund. Kernens densitet er cirka det dobbelte af mantelen og estimeres til syv tons pr. Kubikmeter. Forskere mener, at svovl tegner sig for ca. 4,5 procent af kernen.
MESSENGER opdagede adskillige folder, bøjninger og fejl på overfladen af Merkur, hvilket gør det muligt at drage en utvetydig konklusion om planetens tektoniske aktivitet i den nylige fortid. Strukturen af den ydre skorpe og tektonik er ifølge forskere forbundet med de processer, der finder sted i tarmene på planeten. MESSENGER viste, at planetens magnetfelt er stærkere på den nordlige halvkugle end i den sydlige. At dømme efter tyngdekortet, der er udarbejdet af apparatet, er skorpens tykkelse nær ækvator i gennemsnit 50 kilometer højere end ved stangen. Dette betyder, at silikatmantelen i planetens nordlige breddegrader opvarmes kraftigere end i dens ækvatoriale del. Disse data stemmer godt overens med opdagelsen af relativt unge fælder i nordlige breddegrader. Selvom vulkanaktivitet på Merkur ophørte for omkring 3,5 milliarder år siden, er det nuværende billede af termisk diffusion i planetens mantel stort setmest sandsynligt bestemt af hendes fortid.
Især kan konvektionsstrømme stadig eksistere i lagene ved siden af klodens kerne. Derefter vil temperaturen på mantelen under planetens nordpol være 100-200 grader celsius højere end under planetens ækvatorregioner. Derudover opdagede MESSENGER, at det resterende magnetiske felt i en af sektionerne i den nordlige skorpe er rettet i den modsatte retning i forhold til planetens globale magnetfelt. Dette betyder, at der tidligere skete en inversion på Merkur mindst en gang - en ændring i magnetfeltets polaritet.
Kun to stationer har udforsket Merkur i detaljer - Mariner 10 og MESSENGER. Og denne planet, primært på grund af sit eget magnetfelt, er af stor interesse for videnskaben. Ved at forklare arten af dens magnetosfære kan vi næsten helt sikkert gøre dette for Jorden. I 2018 planlægger Japan og EU at sende en tredje mission til Merkur. To stationer vil flyve. Først vil MPO (Mercury Planet Orbiter) udarbejde et kort med flere bølgelængder over overfladen af et himmellegeme. Den anden, en MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), vil udforske magnetosfæren. Det vil tage lang tid at vente på de første resultater af missionen - selv hvis starten finder sted i 2018, nås stationens destination først i 2025.
Yuri Sukhov