Die Exosphäre von Merkur ist keineswegs tot, sondern dynamisch und erneuert sich ständig. Dies gibt den Astronomen Hinweise auf die Oberfläche und Umgebung des Planeten.
Schade, armer Merkur. Der winzige Planet erträgt endlose Angriffe durch intensives Sonnenlicht, starken Sonnenwind und so genannte Miniatur-Meteoroiden mit hoher Geschwindigkeit Mikrometeoroide. Die dünne Hülle des Planeten, die Exosphäre, fügt sich fast in das Vakuum des Weltraums ein und macht ihn zu dünn, um Schutz zu bieten. Aus diesem Grund ist es verlockend, Merkurs Exosphäre nur als die zerschlagenen Überreste der antiken Atmosphäre zu betrachten.
Wirklich, die Exosphäre verändert sich ständig und wird mit Natrium, Kalium, Kalzium, Magnesium und vielem mehr erneuert - befreit vom Quecksilberboden durch Barrieren von Partikeln. Diese Partikel und die Oberflächenmaterialien von Quecksilber reagieren auf Sonnenlicht, Sonnenwind, die magnetische Hülle von Quecksilber (die Magnetosphäre) und andere dynamische Kräfte. Aus diesem Grund kann es sein, dass die Exosphäre von Beobachtung zu Beobachtung unterschiedlich aussieht. Die Exosphäre von Merkur ist weit davon entfernt, tot zu sein. Sie ist ein Ort erstaunlicher Aktivitäten, die Astronomen viel über die Oberfläche und die Umwelt des Planeten erzählen können.
Dichte der Protonen aus dem Sonnenwind, berechnet durch Modellierung der magnetischen Hülle oder Magnetosphäre des Planeten. Bildnachweis: NASA / GSFC / Mehdi Benna
Drei verwandte Artikel von Wissenschaftlern des Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, bieten Einblick in die Einzelheiten der Wiederauffüllung der Exosphäre und zeigen, dass neue Modelle der Magnetosphäre und Exosphäre einige faszinierende Beobachtungen des Planeten erklären können. Diese Artikel werden im Rahmen von veröffentlicht IkarusDie Sonderausgabe vom September 2010 widmet sich den Beobachtungen von Merkur während des ersten und zweiten Vorbeiflugs der MESSENGER-Raumsonde. MESSENGER steht für MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry und Ranging.
1. Quecksilberersatz. Kein Raumfahrzeug konnte auf Merkur landen, daher müssen Astronomen indirekt herausfinden, was sich auf dem Planetenboden befindet. Ein Ansatz besteht darin, den Mond der Erde zu untersuchen. Goddards Rosmarin Killen ist ein Experte für die äußeren Atmosphären oder Exosphären von Mond und Merkur. Als sie und ihre Kollegen herausfinden wollten, welche Art von Boden die Konzentrationen von Natrium und Kalium in der Exosphäre von Quecksilber hervorrufen könnte, untersuchten sie Mondproben. Ihre beste Übereinstimmung? Proben, die mit dem russischen Raumschiff Luna 16 zurückgebracht wurden.
2. Sie gehen getrennte Wege. Die Atome und Moleküle in der Erdatmosphäre prallen die ganze Zeit herum und prallen aufeinander, aber in der Merkur-Exosphäre passiert das nicht viel. Stattdessen neigen die Atome und Moleküle dazu, ihren eigenen Wegen zu folgen und tatsächlich eher mit der Oberfläche des Planeten zusammenzustoßen als miteinander. Eine Kombination von Beobachtungen mit erdgestützten Teleskopen und aktuellen MESSENGER-Daten zeigt, dass Natrium, Calcium und Magnesium durch verschiedene Prozesse von der Oberfläche freigesetzt werden und sich in der Exosphäre sehr unterschiedlich verhalten, bemerkt Killen.
3. Die Kraft des Sonnenlichts. Eine neue Modellierung ergab eine überraschende Kraft, die den größten Teil des Natriums in die Exosphäre und den Schwanz von Merkur abgibt. Die Forscher hatten erwartet, dass der Hauptfaktor geladene Partikel sind, die auf die Oberfläche auftreffen und Natrium in einem als Ionensputtern bezeichneten Prozess freisetzen. Stattdessen scheint der Hauptfaktor die Freisetzung von Natrium durch Photonen in einem Prozess zu sein, der als photonenstimulierte Desorption (PSD) bezeichnet wird und in Regionen, die von Ionen beeinflusst werden, verstärkt werden kann. Diese Modellierung wurde von Matthew Burger, einem Forschungswissenschaftler der Universität von Maryland Baltimore County (UMBC), durchgeführt, der mit Killen und Kollegen an Goddard arbeitete und Daten aus dem ersten und zweiten MESSENGER-Flug verwendete. Sonnenlicht drückt Natriumatome von der Oberfläche des Planeten weg und bildet den langen kometenähnlichen Schwanz. Burger sagte:
Die Strahlungsbeschleunigung ist am stärksten, wenn sich Merkur in mittlerer Entfernung von der Sonne befindet. Das liegt daran, dass Merkur an diesem Punkt seiner Umlaufbahn am schnellsten unterwegs ist. Dies ist einer der Faktoren, die bestimmen, wie viel Druck die Sonnenstrahlung auf die Exosphäre ausübt.
Einflüsse von Mikrometeoroiden tragen ebenfalls bis zu 15 Prozent zum beobachteten Natrium bei.
4. Härter im Norden. Ein Großteil des Natriums wird am Nord- und Südpol von Merkur beobachtet, aber beim ersten MESSENGER-Vorbeiflug wurde eine einseitige Verteilung festgestellt: Die Natriumemissionen waren auf der nördlichen Hemisphäre um 30 Prozent höher als auf der südlichen. Die von Mehdi Benna, einem UMBC-Wissenschaftler bei Goddard und Mitglied des MESSENGER-Wissenschaftsteams, und seinen Kollegen durchgeführte Modellierung der Magnetosphäre von Quecksilber könnte zur Erklärung dieser Beobachtung beitragen. Das Modell zeigt viermal mehr Protonen, die auf Merkur in der Nähe des Nordpols treffen als in der Nähe des Südpols. Mehr Schläge bedeuten, dass durch Ionensputtern oder PSD mehr Natriumatome freigesetzt werden könnten. Es reicht aus, die Beobachtungen zu erklären. Benna sagte:
Dies geschieht, weil das von der Sonne kommende Magnetfeld während des Quecksilber-Vorbeiflugs gekippt wurde. Das Feld war nicht symmetrisch, als es Merkur umschlang. Diese Konfiguration setzte die Nordpolregion des Planeten mehr Sonnenwindpartikeln aus als die Südpolregion.
Quecksilber. Bildnachweis: NASA
5. In einen hohen Gang schalten. Burger fügt hinzu, dass der Anstieg der geladenen Teilchen in der Nähe des Nordpols mit den an der PSD beteiligten Photonen zusammenwirkt. Er erklärte:
PSD betrifft nur die äußere Oberfläche der Bodenkörner. Die Oberflächen werden schnell abgereichert und setzen eine begrenzte Menge Natrium frei.
Er sagte, dass mehr Natrium von der Innenseite jedes Korns an die Oberfläche gelangen muss, was einige Zeit in Anspruch nimmt. Burger fügte hinzu:
Die Zunahme der geladenen Teilchen am Nordpol beschleunigt diesen gesamten Prozess, sodass mehr Natrium schneller freigesetzt wird.
6. Partikel in der Nut. Nachdem Protonen vom Sonnenwind die Oberfläche von Merkur beschossen haben, kann intensives Sonnenlicht auf freigesetzte Materialien fallen und diese in positive Ionen umwandeln (Photoionisationsprozess). Das Modell von Benna und Kollegen zeigt, dass einige dieser Ionen in der Lage sein könnten, den Planeten in einem „Treibgürtel“ zu umrunden, vielleicht eine halbe Schleife zu bilden oder sogar mehrere Male herumzulaufen, bevor sie den Gürtel verlassen. Benna sagte:
Wenn dieses Driftband vorhanden ist und die Ionenkonzentration im Driftband hoch genug ist, kann es in diesem Bereich zu einer magnetischen Vertiefung kommen.
Mitglieder des MESSENGER-Wissenschaftsteams bemerkten einen Einbruch des Magnetfelds auf beiden Seiten des Planeten. Benna bemerkte:
Bisher können wir jedoch nicht sagen, dass ein Treibriemen diesen Einbruch verursacht hat. Modelle von uns und anderen Forschern sagen uns, dass sich ein Treibriemen bilden kann, aber gibt es dort genug Ionen, um ein Eintauchen in das Magnetfeld zu verursachen? Wir wissen es noch nicht.
7. Maverick Magnesium. Das MESSENGER-Raumschiff war das erste, das Magnesium in der Mercury-Exosphäre gefunden hat. Killen sagt, dass Astronomen erwartet haben, dass die Magnesiumkonzentration an der Oberfläche am größten ist und sich mit der Entfernung auf die übliche Weise verjüngt (exponentieller Zerfall). Stattdessen stellten sie und ihre Kollegen fest, dass die Konzentration von Magnesium über dem Nordpol während des dritten Vorbeiflugs…
… Hing dort mit konstanter Dichte und dann fiel es plötzlich wie ein Stein. Dies war nur eine totale Überraschung und es ist das einzige Mal, dass wir diese seltsame Verteilung gesehen haben.
Darüber hinaus, so Killen, kann die Temperatur dieses Magnesiums zehntausende Grad Kelvin erreichen, was weit über der Oberflächentemperatur von 427 Grad Celsius liegt. Die Prozesse, von denen erwartet wurde, dass sie auf der Oberfläche des Planeten ablaufen, können dies wahrscheinlich nicht erklären. Killen sagte:
Nur ein sehr energiereicher Prozess kann so heißes Magnesium produzieren, und wir wissen noch nicht, was dieser Prozess ist.
Das Laboratorium für Angewandte Physik der Johns Hopkins University hat das Raumschiff MESSENGER gebaut und betreibt es und verwaltet diese Mission der Discovery-Klasse für die NASA.
Dieser Beitrag wurde ursprünglich am 1. September 2010 auf der MESSENGER-Website der NASA veröffentlicht.
Fazit: Drei verwandte Artikel, die von Wissenschaftlern des Goddard Space Flight Centers der NASA in Greenbelt, Maryland, und ihren Kollegen verfasst wurden, bieten Einblicke in die Einzelheiten der Wiederauffüllung der Exosphäre von Quecksilber und zeigen, dass neue Modelle der Magnetosphäre und Exosphäre Beobachtungen erklären können des Planeten.