Der kleinste Planet im Sonnensystem, Merkur hat eine starke Ähnlichkeit mit dem Mond der Erde. Wie die anderen drei Erdplaneten enthält Merkur einen Kern, der von einem Mantel und einer Kruste umgeben ist. Aber Merkurs Kern macht einen größeren Teil des Planeten aus als andere im Sonnensystem, was auf einen chaotischen Anfang hindeutet.
Die Oberfläche von Merkur
Die ersten Bilder von Merkur zeigten einen zerkraterten, felsigen Planeten, der dem Erdmond sehr ähnlich war. Die frühen Tage des Sonnensystems, kurz nachdem sich der Gesteinsplanet gebildet hatte, waren gewalttätig, mit ständigen Kollisionen, und die Bedingungen auf dem Merkur bewahrten Beweise für viele dieser Einschläge.
Als der NASA-Orbiter MESSENGER den Planeten im Jahr 2008 besuchte, war er die erste Raumsonde, die einen Blick auf die volle Ausdehnung des Caloris-Beckens werfen konnte, eines der größten und jüngsten Einschlagsmerkmale im Sonnensystem. Der Krater erstreckt sich etwa 1.550 Kilometer (960 Meilen) über die Oberfläche des Planeten und ist von einem Ring aus 2 km (1,2 Meilen) hohen Bergen umgeben. Vulkanische Schlote, die den Rand des Kraters umgeben, deuten darauf hin, dass Vulkanismus dazu beigetragen hat, die winzige Welt zu formen.
Andere Beweise für Vulkanismus umfassen mehrere Ebenen, die einige der ersten Krater geglättet haben. Die meisten der Ebenen sind mit Kratern bedeckt, was darauf hindeutet, dass der Vulkanismus vor langer Zeit stattfand. MESSENGER hat jedoch festgestellt, dass die Böden vieler Krater gekippt sind, und ein Teil des Bodens des Caloris-Beckens hat sich über seinen Rand erhoben. Die Entdeckung deutet darauf hin, dass Merkur noch lange nach seiner Geburt aktiv war.
„Es ist nicht ausgeschlossen, dass Merkur heute noch aktiv ist, obwohl ich anmerke, dass dies nicht sehr wahrscheinlich ist“, sagte Maria Zuber, eine Planetenforscherin am Massachusetts Institute of Technology, 2012 gegenüber Space.com. „Mit Sicherheit haben wir keine aktive Eruption oder Extrusion beobachtet.“
Eines der jüngsten Einschlagbecken auf Merkur, Rachmaninoff, ist nur etwa eine Milliarde Jahre alt. Das Einschlagbecken mit einem Durchmesser von 290 Kilometern hat glatte Ebenen auf seinem Boden, die auf Lavaströme hindeuten. Der tiefste Punkt des Planeten liegt innerhalb des Beckens.
„Wir interpretieren diese Ebenen als die jüngsten vulkanischen Ablagerungen, die wir bisher auf Merkur gefunden haben“, sagte die stellvertretende MESSENGER-Projektwissenschaftlerin Louise Prockter vom Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien im Jahr 2010.
Obwohl die Temperaturen auf dem Planeten bis zu 801 Grad Fahrenheit (427 Grad Celsius) erreichen können, entdeckte MESSENGER Wassereis auf seiner Oberfläche in den schattigen Bereichen einiger der Polarkrater, wo die Sonne nicht hinkommt. Nach Angaben der NASA bedeckt eine mysteriöse dunkle organische Substanz einen Teil des Eises und gibt den Wissenschaftlern Rätsel auf.
Zusätzlich zu den Hinweisen auf den frühen Vulkanismus des Planeten zeigen die glatten Ebenen auch Anzeichen von Faltengraten, die entstanden, als der Planet zusammengedrückt wurde. Dieses Zusammenpressen geschah höchstwahrscheinlich, als sich das Innere abkühlte. Obwohl eine gewisse Kompression bei Körpern im Sonnensystem üblich ist, ist die Kompression des Merkurs, als er sich enger zusammenzog, die bedeutendste, die bisher beobachtet wurde. Die Wissenschaftler schätzen, dass der Radius des Planeten um 1 bis 2 Kilometer geschrumpft ist, als die Temperaturen im Inneren sanken.
Ein kleiner Körper wie Merkur hätte es unter den besten Umständen schwer, eine Atmosphäre zu behalten. Wegen des geringen Abstands zwischen Merkur und Sonne ist Merkur auch dem Sonnenwind ausgesetzt, der die dünne Atmosphäre, die der Planet besitzt, ständig wegfegt. Durch die dünne Atmosphäre unterscheiden sich die Temperaturen auf der Tag- und Nachtseite dramatisch.
Die dünne Atmosphäre ermöglicht es den meisten kosmischen Strahlen, den Planeten zu bombardieren und Neutronen aus den Elementen auf der Oberfläche zu ziehen. MESSENGER untersuchte das hochgeschleuderte Material und fand Spuren von Kalium und Silizium, was darauf hindeutet, dass die Elemente auf der Planetenoberfläche liegen.
Die Kruste des Merkur ist wahrscheinlich sehr dünn, dünner als die der Erde. Die äußere Schale ist nur etwa 500 bis 600 km dick.
Der Planet hat keine Plattentektonik, was einer der Gründe dafür ist, dass die kraterartige Oberfläche über Milliarden von Jahren erhalten geblieben ist.
Der Kern der Materie
Obwohl er der kleinste Planet ist, ist Merkur der zweitdichteste, nur von der Erde übertroffen. Anhand der berechneten Dichte stellten die Wissenschaftler fest, dass Merkur einen großen metallischen Kern besitzt. Mit einem Radius von 1.100 bis 1.200 Meilen (1.800 bis 1.900 km) macht der Kern etwa 85 Prozent des Radius des Planeten aus. Radarbilder, die von der Erde aus aufgenommen wurden, zeigten, dass der Kern nicht fest, sondern flüssig ist.
Der Kern von Quecksilber enthält mehr Eisen als jeder andere Planet im Sonnensystem. Die Wissenschaftler vermuten, dass dies mit seiner Entstehung und dem frühen Leben zu tun hat. Wenn sich der Planet schnell gebildet hat, könnten die steigenden Temperaturen der sich entwickelnden Sonne einen Großteil der bestehenden Oberfläche verdampft haben, so dass nur eine dünne Schale zurückblieb.
Eine andere Alternative ist, dass ein größerer Merkur in seinem frühen Leben getroffen wurde, während der gewaltigen, chaotischen Anfänge des Sonnensystems. Ein solcher Einschlag könnte einen Großteil der äußeren Hülle abgetragen haben, so dass ein Kern übrig blieb, der zu groß für den verbleibenden Planeten war.
Der Eisenkern des Merkur erzeugt ein Magnetfeld, das etwa ein Prozent so stark ist wie das der Erde. Das Feld ist recht aktiv, interagiert häufig mit dem Sonnenwind und leitet Plasma von der Sonne auf die Oberfläche des Planeten. Der vom Sonnenwind eingefangene Wasserstoff und das Helium tragen dazu bei, einen Teil der dünnen Atmosphäre des Merkurs zu bilden.
Durch die genaue Verfolgung von MESSENGER konnten die Wissenschaftler das Gravitationsfeld des Planeten messen. Sie stellten fest, dass die felsige Welt „Mascons“ hat, massive Gravitationskonzentrationen, die mit großen Einschlagbecken verbunden sind.
„Diese wurden erstmals 1968 auf dem Mond entdeckt und verursachten große Probleme im Apollo-Programm, weil sie niedrig umlaufende Raumfahrzeuge herumzerrten und die Navigation erschwerten“, sagte Zuber.
„Später wurden Mascons auf dem Mars entdeckt, und jetzt finden wir heraus, dass Merkur sie hat, also scheinen sie ein gemeinsames Merkmal irdischer planetarer Körper zu sein.“
Aber der Planet hat seine eigenen Unterschiede. Jüngste Messungen seines Magnetfeldes ergaben, dass es auf seiner Nordhalbkugel dreimal so stark ist wie auf der Südhalbkugel. Die Forscher nutzten diesen seltsamen Versatz, um ein Modell des Kerns zu erstellen.
Der Eisenkern der Erde hat einen inneren festen und einen äußeren flüssigen Teil. Während der innere Kern wächst, liefert er die Energie für das Magnetfeld der Erde. Aber das seltsame Magnetfeld des Planeten deutet darauf hin, dass das Eisen am Rande des Kerns von flüssig zu fest wird.
„Es ist wie ein Schneesturm, bei dem sich der Schnee oben in der Wolke und in der Mitte der Wolke und auch unten in der Wolke bildet“, sagte UCLA-Professor Christopher Russell in einer Erklärung.
„Unsere Studie des Merkur-Magnetfeldes deutet darauf hin, dass Eisen in dieser Flüssigkeit schneit, die das Magnetfeld der Erde antreibt.“
Beide Kerne enthalten neben dem Eisen auch leichtere Elemente, die verhindern, dass das Ganze erstarrt und das Magnetfeld antreibt. Das Ganze ist wahrscheinlich von einer festen Schale aus Eisen und Schwefel bedeckt, wodurch ein Schichteffekt entsteht, der auf den anderen terrestrischen Planeten nicht bekannt ist.
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