Še najbližje svetilniku in najmanjšemu planetu v osončju je še vedno skrivnost. Tako kot Zemlja in štirje plinski velikani - Jupiter, Saturn, Uran in Neptun, ima tudi Merkur svojo magnetosfero. Po preiskavah postaje MESSENGER (površje MErcuryja, vesoljsko okolje, GEochemistry) je narava tega magnetnega sloja začela postajati jasna. Glavni rezultati misije so že vključeni v monografije in učbenike. Kako je majhnemu planetu uspelo ohraniti magnetosfero.
Da ima nebesno telo lastno magnetosfero, je potreben vir magnetnega polja. Po mnenju večine znanstvenikov se tu sproži dinamov učinek. V primeru Zemlje je videti tako. V črevesju planeta je kovinsko jedro s trdnim središčem in tekočo lupino. Zaradi razpada radioaktivnih elementov se sprošča toplota, kar vodi do tvorbe konvektivnih tokov prevodne tekočine. Ti tokovi ustvarjajo magnetno polje planeta.
Polje vpliva na sončni veter - tokove nabitih delcev iz zvezde. Ta kozmična plazma nosi s seboj svoje magnetno polje. Če magnetno polje planeta vzdrži pritisk sončnega sevanja, torej ga odkloni na precejšnji razdalji od površine, potem pravijo, da ima planet lastno magnetosfero. Poleg Merkura, Zemlje in štirih plinskih velikanov ima magnetosfero tudi Ganymede, največji satelit Jupitra.
Na preostalih planetih in lunah sončnega sistema zvezdni veter ne naleti praktično na odpor. To se zgodi na primer na Veneri in najverjetneje na Marsu. Narava magnetnega polja Zemlje še vedno velja za glavno skrivnost geofizike. Albert Einstein je menil, da je to ena od petih najpomembnejših nalog znanosti.
To je posledica dejstva, da čeprav je teorija geodinamoma praktično nesporna, povzroča velike težave. Po klasični magnetohidrodinamiki naj bi dinamov učinek razpadel, jedro planeta pa naj bi se ohladilo in strdilo. Še vedno ni natančnega razumevanja mehanizmov, s katerimi Zemlja vzdržuje učinek samoproizvajanja dinamoja skupaj z opaženimi značilnostmi magnetnega polja, predvsem geomagnetnimi anomalijami, migracijami in preoblikovanjem pol.
Težkost kvantitativnega opisa je najverjetneje posledica v bistvu nelinearne narave problema. V primeru živega srebra je težava z dinamom še bolj pereča kot pri Zemlji. Kako je tako majhen planet ohranil lastno magnetosfero? Ali to pomeni, da je njegovo jedro še vedno v tekočem stanju in proizvaja dovolj toplote? Ali obstajajo kakšni posebni mehanizmi, ki nebesnemu telesu omogočajo, da se zaščiti pred sončnim vetrom?
Živo srebro je približno 20-krat lažje in manjše od Zemlje. Povprečna gostota je primerljiva z zemeljsko. Leto traja 88 dni, vendar nebesno telo ni v zajetju plimovanja s Soncem, ampak se vrti okoli svoje osi v obdobju približno 59 dni. Živo srebro se od ostalih planetov osončja razlikuje po razmeroma velikem kovinskem jedru - predstavlja približno 80 odstotkov polmera nebesnega telesa. Za primerjavo, Zemljino jedro zavzame le približno polovico svojega polmera.
Magnetno polje Merkura je leta 1974 odkrila ameriška postaja Mariner 10, ki je zabeležila razpoke visokoenergijskih delcev. Magnetno polje nebesnega telesa, ki je najbližje Soncu, je približno stokrat šibkejše od zemeljskega, bi se popolnoma prilegalo krogli velikosti Zemlje in podobno kot naš planet tvori dipol, torej ima dva in ne štiri, kot plinovski velikani, magnetni polov.
Promocijski video:
Foto: Laboratorij uporabne fizike z univerze Johns Hopkins / Institucija Carnegie iz Washingtona / NASA
Prve teorije, ki pojasnjujejo naravo magnetosfere Merkurja, so bile predlagane v 70. letih prejšnjega stoletja. Večina temelji na dinamovem učinku. Ti modeli so bili preverjeni od leta 2011 do 2015, ko je postaja MESSENGER proučevala planet. Podatki, dobljeni iz naprave, so razkrili nenavadno geometrijo magnetosfere Merkurja. Zlasti v bližini planeta se približno desetkrat pogosteje pojavlja magnetna ponovna povezava - medsebojna preureditev notranjih in zunanjih sil sil magnetnega polja.
To vodi v nastanek številnih praznin v magnetosferi Merkurja, ki sončnemu vetru omogoča, da skoraj nemoteno doseže površje planeta. Poleg tega je MESSENGER odkril ostanke v skorji nebesnega telesa. S pomočjo teh podatkov so znanstveniki ocenili spodnjo mejo povprečne starosti magnetnega polja Merkurja na 3,7-3,9 milijarde let. To, kot so ugotovili znanstveniki, potrjuje veljavnost dinamovega učinka za nastanek globalnega magnetnega polja planeta, pa tudi prisotnost v njem tekočega zunanjega jedra.
Vprašanje strukture živega srebra ostaja odprto. Možno je, da zunanja plast njenega jedra vsebuje kovinske kosmiče - železen sneg. Ta hipoteza je zelo priljubljena, saj razlaga lastno magnetosfero Merkurja z enakim dinamovim učinkom omogoča nizke temperature in navidezno trdno (ali kvazi-tekoče) jedro znotraj planeta.
Foto: Carnegie institucija iz Washingtona / JHUAPL / NASA
Znano je, da jedra kopenskih planetov tvorijo predvsem železo in žveplo. Znano je tudi, da vključki žvepla znižujejo tališče jedro, tako da ostane tekoč. To pomeni, da je za vzdrževanje dinamovega učinka potrebno manj toplote, ki jo Merkur že proizvede premalo. Pred skoraj desetimi leti so geofiziki, ki so izvedli vrsto eksperimentov, dokazali, da pod visokimi pritiski lahko v središče planeta pade železen sneg in tekoča mešanica železa in žvepla se lahko dvigne proti njemu iz notranjega jedra. To lahko ustvari dinamo učinek v črevesju Merkurja.
Podatki MESSENGER so potrdili te ugotovitve. Spektrometer, nameščen na postaji, je pokazal izjemno nizko vsebnost železa in drugih težkih elementov v vulkanskih kamninah planeta. Železa v tanki plasti Merkurjeve plašče skoraj ni, tvorijo pa ga predvsem silikati. Trdno središče predstavlja približno polovico (približno 900 kilometrov) polmera jedra, ostalo pa zaseda staljena plast. Med njimi, najverjetneje, stoji plast, v kateri se kovinski kosmiči premikajo od zgoraj navzdol. Gostota jedra je približno dvakrat večja od plašča in je ocenjena na sedem ton na kubični meter. Žveplo, menijo znanstveniki, predstavlja približno 4,5 odstotka mase jedra.
MESSENGER je na površini Merkura odkril številne pregibe, ovinke in prelome, kar omogoča nedvoumno ugotovitev o tektonski aktivnosti planeta v bližnji preteklosti. Struktura zunanje skorje in tektonika sta po mnenju znanstvenikov povezana s procesi, ki potekajo v črevesju planeta. MESSENGER je pokazal, da je magnetno polje planeta na severni polobli močnejše kot na južnem. Sodeč po gravitacijskem zemljevidu, ki ga je pripravila naprava, je debelina skorje v bližini ekvatorja v povprečju 50 kilometrov večja kot na drogu. To pomeni, da se silikatni plašč na severnih zemljepisnih širinah planeta segreva močneje kot v njegovem ekvatorialnem delu. Ti podatki se odlično skladajo z odkritjem relativno mladih pasti na severnih širinah. Čeprav je vulkanska aktivnost na Merkurju prenehala pred približno 3,5 milijarde let, je trenutna slika toplotne difuzije v plašču planeta v veliki merinajverjetneje jo določa njena preteklost.
Konvektivni tokovi še vedno lahko obstajajo v plasteh, ki mejijo na jedro planeta. Potem bo temperatura plašča pod severnim polom planeta za 100-200 stopinj Celzija višja kot pod ekvatorialnimi območji planeta. Poleg tega je MESSENGER odkril, da je preostalo magnetno polje enega od odsekov severne skorje usmerjeno v nasprotni smeri glede na globalno magnetno polje planeta. To pomeni, da se je v preteklosti na Merkurju vsaj enkrat zgodila inverzija - sprememba polarnosti magnetnega polja.
Le dve postaji sta podrobno raziskali Merkur - Mariner 10 in MESSENGER. In ta planet, predvsem zaradi lastnega magnetnega polja, je za znanstveno veliko zanimanje. Z razlago narave njene magnetosfere lahko to skoraj zagotovo naredimo za Zemljo. V letu 2018 nameravata Japonska in EU poslati tretjo misijo v Merkur. Dve postaji bosta leteli. Najprej bo MPO (Mercury Planet Orbiter) sestavil večvalovno dolžinsko karto površine nebesnega telesa. Drugi, MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), bo raziskal magnetosfero. Dolgo bo čakati na prve rezultate misije - četudi se bo začetek zgodil leta 2018, bo cilj postaje dosežen šele leta 2025.
Jurij Suhov