Mercurius
De kleinste planeet in het zonnestelsel
Auteur: H.J. van Rooten (datum: 19 september 2023
Mercurius is de planeet in het zonnestelsel met de kleinste en snelste baan om de zon en staat het dichtst bij de zon. De omstandigheden aan zijn oppervlakte zijn extreem. Er ia nauwelijks een beschermende atmosfeer en de temperatuur stijgt oveerdag naar 430 °C, om 's nachts tot een ijzige -180 °C te dalen Geen enkele andere planeet kent zulke temperatuurschommelingen. Het oppervlak van Merzurius wordt geteisterd door een bombardement van meteorieten en is donker en stoffing. Mercurius is de planeet in het zonnestelsel met de snelste baan om de zon. Het is de kleinste van de acht planeten, nauwelijks groter dan de Maan. Het is net als de Aarde een terrestrische planeet, met een vast oppervlak dat lijkt op de Maan. Opmerkelijk is dat deze kleine planeet een sterk magnetisch veld vertoont. Manen heeft Mercurius niet.
Zichtbaarheid.
De planeet Mercurius is vanaf de Aarde met het blote oog waarneembaar. Als binnenplaneet staat Mercurius echter aldoor aan het firmament in de ochtend- of avondschemer in de nabijheid van de opkomende of ondergaande zon. Ze is veel minder opvallend dan de andere, veel helderder binnenplaneet Venus. Daardoor wordt de waarneming vaak door het directe zonlicht en door atmosferische omstandigheden bemoeilijkt. Over de astronoom Copernicus wordt beweerd dat hij op zijn sterfbed zou hebben verzucht Mercurius nimmer te hebben waargenomen.
Mecurius bevat van alle planeten in ons zonnestelsel het meeste ijzer.
Baan.
Van alle planeten in het zonnestelsel beschrijft Mercurius de baan met de grootste excentriciteit (e = 0,21).
De afstand tot de zon schommelt zo tussen 46 en 70 miljoen kilometer. De verhouding in duur tussen jaar en
dag bedraagt als gevolg van spin-baanresonantie 3:2, en blijft stabiel door de excentriciteit van de baan:
tijdens het perihelium staat de zon vrijwel stil aan de Mercuriushemel. Dan is ook de getijdenwerking
van de zon het sterkst.
Hoewel de banen van Mars en Venus dichter bij die van de Aarde liggen, staat Mercurius bijna de helft van de
tijd dichter bij de Aarde: 46%. Venus en Mars staan gedurende 36 en 18% van de tijd het dichtstbij.
Mercurius is zelfs voor alle planeten het langst de meest nabije soortgenoot. Dit is te begrijpen met een
gedachte-experiment: In het hypothetische geval dat de planeten in een rechte lijn aan een kant van de zon
staan en de aarde aan de andere kant, is Mercurius het dichtstbij omdat die de kleinste baan om de zon draait.
De zon staat per definitie op 1 astronomische eenheid (AE) van de aarde, voor Venus is dat gemiddeld 0,7 AE en
voor Mercurius 0,39 AE.
Het baanvlak van Mercurius helt 7° ten opzichte van het baanvlak van de Aarde. De as van Mercurius helt
maar 0,027° ten opzichte van een loodlijn op het baanvlak. Dat is de kleinste hoek van alle planeten.
Dit betekent dat voor een waarnemer op een van Mercurius' polen het midden van de zon nooit meer dan 2,1 boogminuten
boven de horizon uitkomt.
Op minder dan vier dagen van het perihelium is de omloopsnelheid van Mercurius in zijn baan om de zon hoger dan
zijn rotatiesnelheid om de eigen as. In de 19de eeuw merkte Urbain Le Verrier al op dat de baan van Mercurius
geen ellips was, zoals de wetten van Kepler voorschrijven vanuit de wetten van Newton, maar dat de baan een rozet
beschrijft. De ellipsvorm is namelijk in beweging en draait rond de zon. Er treedt precessie op van het perihelium,
die 574 boogseconden per eeuw bedraagt. Dit wordt voor slechts 92,5% verklaard door de wetten van Newton,
als gevolg van de invloed van de zwaartekracht van de andere planeten op de baan van Mercurius.
Men vermoedde dat de zwaartekracht van een onbekende planeet, of planetoïdengordel tussen Mercurius en de
zon nog 7,5% van de periheliumprecessie zou veroorzaken en men zocht vergeefs naar deze planeet, die al een
naam had: Vulcanus (planeet). Een verklaring voor de resterende 43 boogseconden per eeuw leverde Albert Einstein
in 1915 met zijn algemene relativiteitstheorie. Door de massa van de zon is de ruimtetijd namelijk ‘gekromd’,
zodat de straal van een cirkel rondom de zon groter is dan de omtrek gedeeld door 2π. Dit verschijnsel van
periheliumverschuiving door de ruimtetijdskromming komt ook bij andere planeten voor, maar in mindere
mate, 3,84" per eeuw voor de Aarde bijvoorbeeld.
Temperatuur en zonlicht.
Mercurius kent enorme temperatuurverschillen tussen dag en nacht. Overdag loopt de temperatuur op tot zo'n 427 °C, overigens minder hoog dan op Venus, en 's nachts daalt zij tot −170 °C. Een oorzaak hiervan ligt in de rotatietijd: een aswenteling duurt ruim 58 aardse dagen (2/3 van de omlooptijd). In combinatie met de omloop om de zon in 88 dagen duurt één dag op Mercurius ruim 176 aardse dagen. Vroeger dacht men dat de rotatieperiode ook 88 dagen bedroeg. De hoogte van de maximumtemperatuur komt door de relatief korte afstand tot de zon en de grote verschillen door het (vrijwel) ontbreken van een atmosfeer.[5] Het zonlicht op Mercurius' oppervlak is ongeveer negen keer zo intens als op de Aarde, omdat Mercurius drie keer zo dicht bij de zon staat.
Atmosfeer.
De atmosfeer van Mercurius is erg ijl, 10−12 bar, en bestaat voornamelijk uit sporen van zuurstofgas, natrium en waterstofgas die snel in de ruimte ontsnappen. De verblijftijd van een natriumatoom in de atmosfeer bedraagt drie uur. Dit verlies wordt continu gecompenseerd door de zonnewind die wordt ingevangen door het magnetisch veld en damp die vrijkomt bij inslaande meteorieten. Door de ijle atmosfeer is de hemel zowel 's nachts als overdag zwart. Doordat Mercurius drie keer zo dicht bij de zon staat als de Aarde verschijnt de zon er ongeveer 2,5 maal zo groot aan de hemel. De best zichtbare planeet vanaf Mercurius is Venus, die met een magnitude van ongeveer −6,6 als helderste object aan de nachtelijke Mercuriushemel staat. De Aarde en de maan zijn er ook prominent aanwezig met een magnitude van respectievelijk −5,2 en −1,2.
Magnetosfeer.
Mercurius heeft een relatief sterk magnetisch veld met 1 procent van de magnetische veldsterkte van het aardmagnetisch
veld. Mogelijk wordt dit magnetisch veld, net als dat van de Aarde, opgewekt door een dynamo van circulerend vloeibaar
kernmateriaal. Waarnemingen met radar wijzen op een ten minste gedeeltelijk vloeibare kern. Omdat theoretische modellen
echter aangeven dat de kern van Mercurius niet heet genoeg zou zijn om nikkelijzer te doen smelten, betekent dit dat
de kern voor meer dan 0,1 gewichtsprocent uit zwavel moet bestaan, zodat door vorming van een eutecticum het smeltpunt
in de kern wordt verlaagd. Het is ook mogelijk dat het magneetveld gedeeltelijk een overblijfsel is van een vroeger
dynamo-effect dat nu niet meer actief is en gefossiliseerd is in gestold magnetisch materiaal.
De Amerikaanse MESSENGER-sonde onderzocht de planeet tijdens de laatste fase van zijn missie vanaf geringe hoogte.
De magnetometer mat het magnetisme in de rotsen aan het oppervlak. Deze gegevens wezen uit dat het magnetisch veld
van Mercurius tussen 3,7 en 3,9 miljard jaar geleden is ontstaan.
Oppervlak.
Oppervlaktegeologie.
Het oppervlak van Mercurius lijkt qua uiterlijk op dat van de maan en vertoont uitgestrekte meerachtige vlaktes
en zware kraters, wat aangeeft dat het oppervlak al miljarden jaren geologisch inactief is. Het is heterogener
dan het oppervlak van Mars of de maan, die beide aanzienlijke stukken vergelijkbare geologie bevatten,
zoals vlakten en plateaus. Albedo-kenmerken zijn gebieden met een duidelijk verschillende reflectiviteit,
waaronder inslagkraters, de resulterende ejecta en straalsystemen. Grotere albedo-kenmerken komen overeen met
vlaktes met een hoger reflectiviteit. Mercurius heeft "rimpelruggen" (dorsa), maanachtige hooglanden, bergen,
vlaktes, steile hellingen en valleien.
De mantel van de planeet is chemisch heterogeen, wat erop wijst dat de planeet al vroeg in haar geschiedenis
een magma-oceaanfase doormaakte. Kristallisatie van mineralen en convectieve omslag resulteerden in een gelaagde,
chemisch heterogene korst met grootschalige variaties in chemische samenstelling waargenomen op het oppervlak.
De korst bevat weinig ijzer maar veel zwavel, als gevolg van de sterkere vroege chemisch reducerende omstandigheden
dan op andere aardse planeten. Het oppervlak wordt gedomineerd door ijzerarme pyroxeen en olivijn, zoals weergegeven
door respectievelijk enstatiet en forsteriet, samen met natriumrijke plagioklaas en mineralen van gemengd magnesium,
calcium en ijzersulfide. De minder reflecterende gebieden van de korst bevatten veel koolstof, hoogstwaarschijnlijk
in de vorm van grafiet.
Namen voor kenmerken op Mercurius komen uit verschillende bronnen en zijn vastgesteld volgens het planetaire
nomenclatuursysteem van de IAU. Namen afkomstig van mensen zijn beperkt tot de overledene. Kraters zijn genoemd
naar kunstenaars, muzikanten, schilders en auteurs die een uitstekende of fundamentele bijdrage hebben geleverd
aan hun vakgebied. Ridges, of dorsa, zijn genoemd naar wetenschappers die hebben bijgedragen aan de studie van
Mercurius. Depressies of fossae zijn genoemd naar architectuurwerken. Montes zijn genoemd naar het woord 'heet'
in verschillende talen. Vlaktes of planitiae zijn in verschillende talen naar Mercurius genoemd. Escarpments
of rupēs zijn genoemd naar schepen van wetenschappelijke expedities. Valleien zijn genoemd naar
verlaten steden, dorpen of nederzettingen uit de oudheid.
Inslagbekkens en kraters.
Mercurius werd zwaar gebombardeerd door kometen en asteroïden tijdens en kort na zijn vorming 4,6 miljard jaar geleden,
evenals tijdens een mogelijk afzonderlijke daaropvolgende episode genaamd het Late Zware Bombardement dat 3,8 miljard
jaar geleden eindigde. Mercurius kreeg tijdens deze periode van intense kratervorming over zijn hele oppervlak inslagen
te verwerken, mogelijk gemaakt door het ontbreken van een atmosfeer die de botslichamen kon vertragen. Gedurende deze
tijd was Mercurius vulkanisch actief; bassins werden gevuld met magma, waardoor gladde vlaktes ontstonden die leken op
de maria die op de maan werden gevonden. Een van de meest ongewone kraters is Apollodorus, of "de Spin", die een reeks
stralende troggen herbergt die zich vanaf de inslagplaats naar buiten uitstrekken.
Kraters op Mercurius variëren in diameter van kleine komvormige holtes tot meerringige inslagbassins met een
doorsnede van honderden kilometers. Ze komen voor in alle vormen van degradatie, van relatief verse kraters met
straling tot sterk aangetaste kraterresten. Mercuriaanse kraters verschillen subtiel van maankraters doordat het
gebied dat door hun uitwerpselen wordt bedekt veel kleiner is, een gevolg van de sterkere zwaartekracht van Mercurius
aan het oppervlak. Volgens de regels van de Internationale Astronomische Unie moet elke nieuwe krater worden vernoemd
naar een kunstenaar die meer dan drie jaar dood was, vóór de datum waarop de krater werd genoemd.
De grootste bekende krater is Caloris Planitia, of Caloris Basin, met een diameter van 1.550 km. De impact die het
Caloris Basin creëerde was zo krachtig dat het lava-uitbarstingen veroorzaakte en een concentrische bergachtige ring van
ongeveer 2 km hoog achterliet rond de inslagkrater. De vloer van het Caloris-bekken wordt gevuld door een geologisch
duidelijke vlakke vlakte, onderbroken door richels en breuken in een ruwweg veelhoekig patroon. Het is niet duidelijk
of het vulkanische lavastromen waren die door de inslag werden veroorzaakt of een groot vel gesmolten gesteente door de inslag.
|
|
Beeld NASA/JHUAPL/Carnegie Institution of Washington.
Vlaktes.
Compressionele kenmerken
Er zijn twee geologisch verschillende vlakten op Mercurius. Zacht glooiende, heuvelachtige vlaktes in de gebieden tussen
kraters zijn de oudste zichtbare oppervlakken van Mercurius, die dateren van vóór het zwaar bekraterde terrein.
Deze inter-kratervlaktes lijken veel eerdere kraters te hebben uitgewist, en vertonen een algemeen gebrek aan
kleinere kraters met een diameter van minder dan ongeveer 30 km.
Gladde vlaktes zijn wijdverspreide vlakke gebieden die depressies van verschillende groottes vullen en een sterke
gelijkenis vertonen met maanmaria. In tegenstelling tot maanmaria hebben de gladde vlaktes van Mercurius hetzelfde
albedo als de oudere interkratervlaktes. Ondanks een gebrek aan ondubbelzinnig vulkanische kenmerken, ondersteunen
de lokalisatie en de ronde, gelobde vorm van deze vlaktes de vulkanische oorsprong sterk. Alle gladde vlaktes van
Mercurius zijn aanzienlijk later gevormd dan het Caloris-bekken, zoals blijkt uit aanzienlijk kleinere
Compressionele kenmerken.
Een ongewoon kenmerk van het oppervlak van Mercurius zijn de talrijke compressieplooien, of roepies, die de vlakten doorkruisen. Deze bestaan op de maan, maar zijn veel prominenter aanwezig op Mercurius. Terwijl het binnenste van Mercurius afkoelde, trok het samen en begon het oppervlak te vervormen, waardoor rimpelruggen en gelobde steile hellingen ontstonden die verband hielden met stuwkrachtfouten. De steile hellingen kunnen een lengte bereiken van 1.000 km (620 mijl) en een hoogte van 3 km (1,9 mijl). Deze compressiekenmerken zijn te zien bovenop andere kenmerken, zoals kraters en gladde vlaktes, wat aangeeft dat ze recenter zijn. Het in kaart brengen van de kenmerken heeft een totale inkrimping van de straal van Mercurius gesuggereerd in het bereik van ongeveer 1 tot 7 km (0,62 tot 4,35 mijl). De meeste activiteit langs de belangrijkste stuwkrachtsystemen eindigde waarschijnlijk ongeveer 3,6 à 3,7 miljard jaar geleden. Er zijn kleinschalige stuwbreuksporen gevonden van tientallen meters hoog en met lengtes in de orde van enkele kilometers, die minder dan 50 miljoen jaar oud lijken te zijn.
Volcanism.
Er zijn aanwijzingen voor pyroclastische stromen op Mercurius door schildvulkanen met een laag profiel. Er zijn
eenenvijftig pyroclastische afzettingen geïdentificeerd, waarvan 90% in inslagkraters wordt aangetroffen.
Een onderzoek naar de degradatietoestand van de inslagkraters waarin zich pyroclastische afzettingen bevinden,
suggereert dat pyroclastische activiteit gedurende een langere periode op Mercurius plaatsvond.
Een "randloze depressie" in de zuidwestelijke rand van het Caloris-bekken bestaat uit ten minste negen
overlappende vulkanische openingen, elk afzonderlijk met een diameter tot 8 km. Het is dus een "samengestelde vulkaan".
De ventilatievloeren bevinden zich minstens 1 km onder hun rand en lijken meer op vulkaankraters die zijn gebeeldhouwd
door explosieve uitbarstingen of zijn aangepast door instorting in lege ruimtes die zijn ontstaan doordat
magma zich terugtrekt in een leiding. Wetenschappers konden de ouderdom van het vulkanische complexe systeem
niet kwantificeren, maar rapporteerden dat deze in de orde van een miljard jaar zou kunnen liggen.
Oppervlakteomstandigheden en exosfeer.
De oppervlaktetemperatuur van Mercurius varieert van 100 tot 700 K (-173 tot 427 ° C; -280 tot 800 ° F).
Het stijgt nooit boven de 180 K aan de polen, vanwege de afwezigheid van een atmosfeer en een steile
temperatuurgradiënt tussen de evenaar en de polen. In het perihelium bevindt het equatoriale subsolaire
punt zich op breedtegraad 0°W of 180°W, en het stijgt naar een temperatuur van ongeveer 700 K.
Tijdens het aphelium gebeurt dit bij 90° of 270°W, en bereikt het slechts 550 K. 81] Aan de donkere kant
van de planeet zijn de temperaturen gemiddeld 110 K. De intensiteit van het zonlicht op het oppervlak van
Mercurius varieert tussen 4,59 en 10,61 maal de zonneconstante (1.370 W·m−2).
Hoewel de daglichttemperaturen aan het oppervlak van Mercurius over het algemeen extreem hoog zijn, suggereren
waarnemingen sterk dat er ijs (bevroren water) op Mercurius bestaat. De vloeren van diepe kraters aan de polen
worden nooit blootgesteld aan direct zonlicht, en de temperaturen blijven daar onder de 102 K, veel lager dan
het mondiale gemiddelde. Hierdoor ontstaat een koudeval waar ijs zich kan ophopen. Waterijs reflecteert
de radar sterk, en waarnemingen door de 70 meter lange Goldstone Solar System Radar en de VLA begin jaren
negentig onthulden dat er nabij de polen plekken zijn met hoge radarreflectie. Hoewel ijs niet de enige mogelijke
oorzaak van deze reflecterende gebieden was, denken astronomen dat dit wel de meest waarschijnlijke was.
De aanwezigheid van waterijs werd bevestigd met behulp van MESSENGER-beelden van kraters op de noordpool.
De ijzige kratergebieden bevatten naar schatting ongeveer 1014-1015 kg ijs en kunnen bedekt zijn met een laag
regoliet die sublimatie verhindert. Ter vergelijking: de Antarctische ijskap op aarde heeft een massa van
ongeveer 4 x 1018 kg, en de zuidpoolkap van Mars bevat ongeveer 1016 kg water. De oorsprong van het ijs op
Mercurius is nog niet bekend, maar de twee meest waarschijnlijke bronnen zijn de ontgassing van water uit
het binnenste van de planeet en de afzetting door inslagen van kometen.
Mercurius is te klein en te heet om door zijn zwaartekracht een atmosfeer van enige betekenis gedurende
lange perioden vast te houden; het heeft een ijle, aan het oppervlak begrensde exosfeer met een oppervlaktedruk
van minder dan ongeveer 0,5 nPa (0,005 picobar). Het omvat onder meer waterstof, helium, zuurstof, natrium,
calcium, kalium, magnesium, silicium en hydroxide. Deze exosfeer is niet stabiel; atomen gaan voortdurend
verloren en worden vanuit verschillende bronnen aangevuld. Waterstofatomen en heliumatomen zijn waarschijnlijk
afkomstig van de zonnewind en diffunderen naar de magnetosfeer van Mercurius voordat ze later weer de ruimte in ontsnappen.
Radioactief verval van elementen in de korst van Mercurius is een andere bron van helium, evenals van natrium en kalium.
Er is waterdamp aanwezig, die vrijkomt door een combinatie van processen zoals: kometen die het oppervlak
raken, sputteren en water creëren uit waterstof uit de zonnewind en zuurstof uit gesteente, en sublimatie uit
reservoirs van waterijs in de permanent in de schaduw liggende poolkraters. De detectie van grote hoeveelheden
watergerelateerde ionen zoals O+, OH− en H3O+ was een verrassing. Vanwege de hoeveelheden van deze ionen die
in de ruimteomgeving van Mercurius zijn gedetecteerd, vermoeden wetenschappers dat deze moleculen door de
zonnewind van het oppervlak of de exosfeer zijn geblazen.
Natrium, kalium en calcium werden tussen 1980 en 1990 in de atmosfeer ontdekt en zouden voornamelijk het gevolg
zijn van de verdamping van oppervlaktegesteente dat werd getroffen door inslagen van micrometeorieten,
waaronder momenteel ook afkomstig van komeet Encke. In 2008 werd magnesium ontdekt door MESSENGER.
Uit onderzoek blijkt dat natriumemissies soms gelokaliseerd zijn op punten die overeenkomen met de magnetische
polen van de planeet. Dit zou duiden op een interactie tussen de magnetosfeer en het oppervlak van de planeet.
Volgens NASA is Mercurius geen geschikte planeet voor leven zoals op aarde. Het heeft een exosfeer aan de
oppervlakte in plaats van een gelaagde atmosfeer, extreme temperaturen en hoge zonnestraling. Het is onwaarschijnlijk
dat enig levend wezen deze omstandigheden kan weerstaan. Sommige delen van de ondergrond van Mercurius kunnen
bewoonbaar zijn geweest, en misschien hebben er ook levensvormen, zij het waarschijnlijk primitieve micro-organismen,
op de planeet bestaan.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|