Mercurio | |
Mercurio visto dalla sonda MESSENGER , 14 gennaio 2008. | |
Caratteristiche orbitali | |
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Semiasse maggiore | 57.909.050 chilometri (0.387.098 [ ] au ) |
Aphelia | 69.816.900 km (0.466.701 au ) |
Perielio | 46.001.200 km (0.307.499 au ) |
Circonferenza orbitale | 359.966.400 km (2.406 226 a ) |
Eccentricità | 0.2056 [ ] |
periodo di rivoluzione | 87.969 d |
periodo sinodico | 115,88 d |
Velocità orbitale media | 47,362 km / sec |
Velocità orbitale massima | 58,98 km / sec |
Velocità orbitale minima | 38,86 km / sec |
Inclinazione sulla eclittica | 7.00 ° |
Nodo ascendente | 48,33 ° |
argomento perielio | 29,12 ° |
Satelliti conosciuti | 0 |
Caratteristiche fisiche | |
raggio equatoriale | 2.439,7 km (0.383 Terra) |
raggio polare | 2.439,7 km (0,384 Terra) |
Raggio medio volumetrico |
2.439,7 km (0,383 Terra) |
appiattimento | 0 |
Perimetro equatoriale | 15.329 km (0.383 Terra) |
La zona | 7,48 × 10 7 km 2 (0,147 Terra) |
Volume | 6.083 × 10 10 km 3 (0.056 Terra) |
Massa | 3.301 1 × 10 23 kg (0.055 Terra) |
Densità totale | 5 427 kg / m 3 |
Gravità superficiale | 3.70 m / s 2 (0,378 g) |
Velocità di rilascio | 4,25 km / sec |
Periodo di rotazione ( giorno siderale ) |
58,645 8 d |
Velocità di rotazione ( all'equatore ) |
10,892 km a / h |
Inclinazione dell'asse | 0,0352 ± 0,0017 ° |
Ascensione retta del polo nord | 281,01 ° |
Declinazione del Polo Nord | 61,45 ° |
Albedo geometrico visivo | 0,142 |
Bond Albedo | 0,088 |
irraggiamento solare | 9,126.6 W / m 2 (6.673 terre) |
Temperatura di equilibrio del corpo nero |
433,9 K ( 160,9 ° C ) |
Temperatura superficiale | |
• Massimo | 700 K ( 427 ° C ) |
• Medio | 440 K ( 167 ° C ) |
• Minimo | 90 K ( −183 ° C ) |
Caratteristiche dell'atmosfera | |
Pressione atmosferica | 5 × 10 −10 Pa |
Massa totale | Meno di 10.000 kg |
Storia | |
divinità babilonese | Nabu |
divinità greca | Stilbôn e Ἑρμῆς |
Nome cinese (elemento correlato) |
Shuǐxīng水星 (acqua) |
Mercurio è il pianeta più vicino al Sole e il meno massiccio del Sistema Solare . La sua distanza dal Sole è compresa tra 0,31 e 0,47 unità astronomiche (o 46 e 70 milioni di chilometri), che corrisponde a un'eccentricità orbitale di 0,2 - più di dodici volte quella della Terra, e di gran lunga la più alta per un pianeta nel Sole Sistema. È visibile ad occhio nudo dalla Terra con un diametro apparente da 4,5 a 13 secondi d'arco e una magnitudine apparente da 5,7 a -2,3 ; la sua osservazione è però resa difficile dal suo allungamento sempre inferiore a 28,3° che il più delle volte lo annega nella radianza del sole. In pratica, questa vicinanza al sole implica che può essere visto solo vicino all'orizzonte occidentale dopo il tramonto o vicino all'orizzonte orientale prima dell'alba , di solito al tramonto . Mercurio ha la particolarità di essere in risonanza di spin-orbita 3:2, il suo periodo di rivoluzione (~ 88 giorni ) è esattamente 1,5 volte il suo periodo di rotazione (~ 59 giorni), e quindi metà di un giorno solare (~ 176 giorni). Pertanto, rispetto alle stelle fisse , ruota sul proprio asse esattamente tre volte ogni due rivoluzioni attorno al Sole.
Mercurio è un pianeta terrestre , così come Venere , Terra e Marte . È quasi tre volte più piccolo e quasi venti volte meno massiccio della Terra, ma quasi altrettanto denso . La sua notevole densità - superata solo da quella della Terra, che sarebbe anche inferiore senza l'effetto della compressione gravitazionale - è dovuta alle dimensioni del suo nucleo metallico , che rappresenterebbe l'85% del suo raggio, contro circa il 55% della Terra.
Come Venere, Mercurio è quasi sferico - il suo appiattimento può essere considerato nullo - a causa della sua rotazione molto lenta. Privo di una vera atmosfera per proteggerlo dai meteoriti (c'è solo un'esosfera che esercita una pressione al suolo inferiore a 1 n Pa o 10 −14 atm ), la sua superficie è fortemente craterizzata e globalmente simile al lato opposto della Luna , indicando che è stato geologicamente inattivo per miliardi di anni. Questa assenza di atmosfera unita alla vicinanza del Sole genera temperature superficiali che vanno dai 90 K ( −183 °C ) del fondo dei crateri polari (dove i raggi del Sole non arrivano mai) fino ai 700 K ( 427 °C). ) nel punto subsolare al perielio . Il pianeta è anche privo di satelliti naturali .
Solo due sonde spaziali hanno studiato Mercurio. Mariner 10 , che sorvola il pianeta tre volte in 1974, che - 1975, , mappe il 45% della sua superficie e scopre l'esistenza del suo campo magnetico . La sonda MESSENGER , dopo tre sorvoli nel 2008-2009, entra in orbita attorno a Mercurio nelmarzo 2011e svolge uno studio dettagliato che include la sua topografia , la storia geologica , il campo magnetico e l' esosfera . L' obiettivo della sonda BepiColombo è di entrare in orbita attorno a Mercurio inDicembre 2025.
Il pianeta Mercurio deve il suo nome al messaggero degli dei della mitologia romana , Mercurio . Il pianeta è così chiamato dai romani per la velocità con cui si muove nel cielo. Il simbolo astronomico di Mercurio è un cerchio posto su una croce e recante un semicerchio a forma di corna ( Unicode : ☿). È una rappresentazione del caduceo del dio Hermes , equivalente di Mercurio nella mitologia greca . Mercurio ha anche dato il nome al terzo giorno della settimana, il mercoledì (" Mercurii muore ").
Mercurio ha la più alta eccentricità orbitale di tutti i pianeti del Sistema Solare, intorno allo 0,21. Ciò significa che la sua distanza dal Sole varia da 46 a 70 milioni di chilometri durante la sua rivoluzione. Il diagramma a sinistra illustra gli effetti dell'eccentricità, mostrando l'orbita di Mercurio sovrapposta a un'orbita circolare avente lo stesso semiasse maggiore . Questa variazione di distanza dal Sole significa che la superficie di Mercurio è soggetta a una forza di marea esercitata dal Sole che è circa 17 volte più forte di quella della Luna sulla Terra. In combinazione con la sua risonanza 3: 2 della rotazione del pianeta attorno al suo asse, questo si traduce anche in complesse variazioni della temperatura superficiale.
L'eccentricità dell'orbita di Mercurio varia caoticamente da 0 (orbita circolare) a un valore molto grande di oltre 0,45 su diversi milioni di anni a causa dell'influenza di altri pianeti. Nel 1989, Jacques Laskar , del Bureau of Longitudes , dimostrò che tutti i pianeti interni del Sistema Solare avevano razze caotiche. Tuttavia, Mercurio è quello il cui movimento è il più caotico.
L'orbita di Mercurio è inclinata di 7 gradi rispetto al piano dell'orbita terrestre ( eclittica ), come mostrato nel diagramma a destra. Pertanto, i transiti di Mercurio davanti al Sole possono avvenire solo quando il pianeta attraversa il piano dell'eclittica, nel momento in cui si trova tra la Terra e il Sole, cioè a maggio oa novembre. Questo accade in media ogni sette anni.
L' inclinazione dell'asse di rotazione di Mercurio sul suo piano orbitale è la più bassa del Sistema Solare, appena 2 minuti d'arco , o circa 0,03 gradi . Questo è significativamente inferiore a quello di Giove, che ha la seconda inclinazione assiale più piccola di tutti i pianeti, a 3,1 gradi . Ciò significa che per un osservatore ai poli di Mercurio, il centro del sole non sorge mai più di 2 minuti d' arco sopra l'orizzonte.
In alcuni punti della superficie di Mercurio, un osservatore potrebbe vedere il sole sorgere poco più di due terzi dell'orizzonte, quindi tramontare prima di sorgere di nuovo, tutto durante lo stesso giorno mercuriale . Infatti, quattro giorni terrestri prima del perielio , la velocità angolare orbitale di Mercurio è uguale alla sua velocità angolare di rotazione, così che il movimento apparente del sole cessa; più vicino al perielio, la velocità orbitale angolare di Mercurio supera quindi la velocità di rotazione angolare. Quindi, per un ipotetico osservatore di Mercurio, il sole sembra muoversi in direzione retrograda . Quattro giorni terrestri dopo il perielio, il normale movimento apparente del sole riprende e sorge di nuovo a est per tramontare a ovest.
Per lo stesso motivo, sull'equatore di Mercurio ci sono un paio di punti (uno dei quali si trova nel bacino del Caloris ), distanti 180 gradi in longitudine, dove in ognuno dei quali, un anno mercuriano su due (che equivale a una volta al giorno mercuriano), il sole passa da est a ovest, quindi inverte il suo movimento apparente e di nuovo passa da ovest a est (durante il movimento retrogrado ), quindi inverte il suo movimento una seconda volta e vi passa sopra una terza volta da est a ovest. Durante l'anno mercuriale alternato, è nell'altro punto di questa coppia che si verifica questo fenomeno. Poiché l'ampiezza del moto retrogrado è piccola in questi punti, l'effetto complessivo è che per due o tre settimane il sole è quasi stazionario al di sopra del punto, ed è al suo massimo livello di luminosità perché Mercurio è al perielio. Questa esposizione prolungata quando il pianeta è più vicino al Sole rende questi due punti i luoghi più caldi di Mercurio (da cui il nome Caloris, che significa "calore" in latino ). Uno di questi punti serviva da riferimento per il meridiano 0°.
Al contrario, ci sono altri due punti sull'equatore, a 90 gradi di longitudine a parte il primo, dove il sole passa solo quando il pianeta è all'afelio , ogni due anni Mercuriali alla volta, dove il movimento apparente del sole nel cielo di Mercurio è relativamente rapido. Questi punti ricevono quindi molto meno calore solare di quelli della coppia sopra descritta. Il risultato è una giornata mercuriale che è anche “strana” per un osservatore che si trova lì. Questo vedrà il sole sorgere e poi tramontare di nuovo, quindi sorgere di nuovo all'orizzonte orientale; e alla fine della giornata in Occidente, il sole tramonterà e poi sorgerà di nuovo, per tramontare di nuovo. Questo fenomeno è spiegato anche dalla variazione della velocità orbitale di Mercurio: quattro giorni prima del perielio , essendo la velocità orbitale (angolare) di Mercurio esattamente uguale alla sua velocità (angolare) di rotazione, il movimento del sole sembra fermarsi. .
Mercurio raggiunge in media la sua congiunzione inferiore (il punto in cui è più vicino alla Terra) ogni 116 giorni terrestri (chiamato periodo sinodico ), ma questo intervallo può variare da 105 giorni a 129 giorni , a causa dell'orbita eccentrica del pianeta. Tra il 1900 e il 2100 Mercurio si avvicinò al minimo, (e quindi non si avvicinerà più), alla Terra di circa 82,1 × 10 6 chilometri (o 0,55 unità astronomiche ), la31 maggio 2015. Il suo periodo di movimento retrogrado può variare da 8 a 15 giorni terrestri su entrambi i lati della congiunzione inferiore. Questa grande ampiezza è dovuta anche all'elevata eccentricità orbitale del pianeta.
In virtù della sua vicinanza al Sole, è Mercurio e non Venere il pianeta mediamente più vicino alla Terra, contrariamente a quanto si potrebbe immaginare guardando le classiche rappresentazioni del Sistema Solare lungo una linea. Questo ragionamento può anche essere esteso, e Mercurio è in realtà il pianeta più vicino a ciascuno degli altri pianeti del Sistema Solare, inclusi Urano e Nettuno (in orbita rispettivamente a 19 e 30 UA).
Mentre studia Mercurio per tracciarne una prima mappa, Schiaparelli nota dopo diversi anni di osservazione che il pianeta presenta sempre la stessa faccia al Sole, come la Luna fa con la Terra. Concluse poi nel 1889 che Mercurio è sincronizzato per effetto di marea con il Sole e che il suo periodo di rotazione è equivalente ad un anno mercuriale, cioè 88 giorni terrestri. Questa durata è tuttavia errata e non è stato fino agli anni '60 prima che gli astronomi la rivedessero al ribasso.
Così, nel 1962 , vengono effettuate osservazioni radar con effetto Doppler dal radiotelescopio di Arecibo su Mercurio per conoscere meglio il pianeta e verificare se il periodo di rotazione è uguale al periodo di rivoluzione. Le temperature registrate sul lato del pianeta che dovrebbe essere sempre esposto all'ombra sono quindi troppo elevate, il che suggerisce che questo lato oscuro è in effetti a volte esposto al sole. Nel 1965 , i risultati ottenuti da Gordon H. Pettengill e Rolf B. Dyce rivelano che il periodo di rotazione di Mercurio è infatti di 59 giorni terrestri, con un'incertezza di 5 giorni . Tale periodo verrà successivamente adeguato, nel 1971 , da 58,65 giorni a ± 0,25 giorni grazie a misurazioni più accurate - sempre radar - effettuate da RM Goldstein. Tre anni dopo, la sonda Mariner 10 fornisce una migliore precisione, misurando il periodo di rotazione a 58,646 ± 0,005 giorni. Si scopre che questo periodo è esattamente uguale a 2/3 della rivoluzione di Mercurio attorno al Sole; questa è chiamata risonanza spin-orbita 3: 2.
Questa risonanza 3: 2, una specificità di Mercurio, è stabilizzata dalla varianza della forza di marea lungo l'orbita eccentrica di Mercurio, che agisce su una componente di dipolo permanente della distribuzione di massa di Mercurio, e dal movimento caotico di Mercurio, la sua orbita. In un'orbita circolare , non esiste tale varianza, quindi l'unica risonanza stabilizzata per tale orbita è 1: 1 (ad esempio, Terra-Luna ). Al perielio, dove la forza di marea è al suo massimo, stabilizza le risonanze, come 3: 2, costringendo il pianeta a puntare il suo asse di minima inerzia (dove il diametro del pianeta è maggiore) approssimativamente verso il Sole.
La ragione per cui gli astronomi pensavano che Mercurio fosse bloccato con il Sole è che ogni volta che Mercurio era nella posizione migliore per essere osservato, era sempre nello stesso punto della sua orbita (in risonanza 3:2), mostrando così la stessa faccia alla Terra; che sarebbe anche il caso se fosse totalmente sincronizzato con il Sole. Questo perché il periodo di rotazione effettivo di Mercurio di 58,6 giorni è quasi esattamente la metà del periodo sinodico di Mercurio di 115,9 giorni (cioè il tempo impiegato da Mercurio per tornare alla stessa configurazione Terra – Mercurio – Sole) rispetto alla Terra. L' errore di Schiaparelli è da attribuire anche alla difficoltà di osservare il pianeta con i mezzi del tempo.
Per la sua risonanza 3:2, sebbene un giorno siderale (il periodo di rotazione ) duri circa 58,7 giorni terrestri, il giorno solare (tempo tra due successivi ritorni del Sole al meridiano locale) dura 176 giorni terrestri, cioè diciamo due anni mercuriani. Ciò implica che un giorno e una notte durano ciascuno esattamente un anno su Mercurio, o 88 giorni terrestri (quasi un quarto ).
Un'accurata modellazione basata su un modello di marea ha dimostrato che Mercurio è stato catturato nello stato di spin-orbita 3: 2 in una fase molto precoce della sua storia, tra 10 e 20 milioni di anni dopo la sua formazione. Inoltre, le simulazioni numeriche hanno dimostrato che una futura risonanza secolare con Giove potrebbe far crescere l'eccentricità di Mercurio fino a un punto in cui c'è una probabilità dell'1% che il pianeta entri in collisione con Venere entro 5 miliardi di anni. La previsione a lungo termine dell'orbita di Mercurio fa parte della meccanica del caos : alcune simulazioni mostrano addirittura che il pianeta potrebbe essere espulso dal Sistema Solare.
Come per tutti i pianeti del Sistema Solare, l'orbita di Mercurio sperimenta una lentissima precessione del perielio attorno al Sole, vale a dire che la sua stessa orbita ruota attorno al Sole. Tuttavia, a differenza di altri pianeti, il periodo di precessione del perielio di Mercurio non è d'accordo con le previsioni fatte usando la meccanica newtoniana .
Mercurio, infatti, sperimenta una precessione leggermente più veloce di quella che ci si aspetterebbe applicando le leggi della meccanica celeste, ed è avanti di circa 43 secondi d'arco per secolo .
Cerca un terzo pianetaGli astronomi quindi inizialmente pensavano alla presenza di uno o più corpi tra il Sole e l'orbita di Mercurio, la cui interazione gravitazionale avrebbe interrotto il movimento di quest'ultimo. L'astronomo francese Urbain Le Verrier , che nel 1846 aveva scoperto il pianeta Nettuno da anomalie nell'orbita di Urano , esamina il problema e suggerisce la presenza di un pianeta sconosciuto o di una seconda fascia di asteroidi tra il Sole e Mercurio. I calcoli effettuati, tenendo conto dell'influenza gravitazionale di questi corpi, dovevano quindi concordare con la precessione osservata.
il 28 marzo 1859, Le Verrier viene contattato dal medico francese Edmond Lescarbault per una macchia nera che avrebbe visto passare davanti al Sole due giorni prima e che probabilmente era, secondo lui, un pianeta intramercuriano. Le Verrier quindi postula che questo pianeta - che chiama Vulcano - sia responsabile delle anomalie nel movimento di Mercurio e decide di scoprirlo. Dalle informazioni di Lescarbault, conclude che Vulcano farebbe il giro del Sole in 19 giorni e 7 ore a una distanza media di 0,14 AU . E 'anche dedotto un diametro di circa 2000 km a ed una massa di 1/ 17 ° quella di Mercurio. Questa massa è tuttavia troppo bassa per spiegare le anomalie, ma Vulcain rimane un buon candidato per il corpo più grande di un'ipotetica cintura di asteroidi interna all'orbita di Mercurio.
Le Verrier approfittò quindi dell'eclissi solare del 1860 per mobilitare tutti gli astronomi francesi per localizzare Vulcano, ma nessuno riuscì a trovarla. Il pianeta è stato quindi cercato per decenni, senza successo, anche se alcuni astronomi pensavano di averlo visto, fino a quando non è stata offerta una spiegazione relativistica.
Spiegazione per relatività generaleNel 1916 , Albert Einstein avanzò la teoria della relatività generale . Applicando i cosiddetti parametri post-kepleriani della sua teoria al moto di Mercurio, Einstein fornisce la spiegazione della precessione osservata formalizzando la gravità come influenzata dalla curvatura dello spazio-tempo . La formula di precessione subita dall'orbita ottenuta da Einstein è:
dove è il semiasse maggiore della ellisse , la sua eccentricità , la costante gravitazionale , la massa del Sole , e il periodo di rivoluzione sull'ellisse.
Con i valori numerici , , , e includi 0,1038 secondi di arco per giro, che corrisponde ai 415 giri per secolo di Mercurio:
secondi d'arco per secolo.L'effetto è debole: solo 43 secondi d'arco per secolo per Mercurio, quindi occorrono circa 2,8 milioni di anni per una rivoluzione in eccesso completa (o dodici milioni di rivoluzioni), ma coincide bene con l'avanzata del perielio misurato in precedenza. Questa previsione convalidata costituisce uno dei primi grandi successi della nascente relatività generale.
Mercurio è uno dei quattro pianeti terrestri del Sistema Solare e ha un corpo roccioso come la Terra . È anche il più piccolo, con un raggio equatoriale di 2.439,7 km . Mercurio è anche più piccolo, anche se più massiccio, di due satelliti naturali del Sistema Solare, Ganimede e Titano . Il mercurio è composto per circa il 70% da metalli (principalmente nel nucleo) e per il 30% da silicati (principalmente nel mantello). La densità di Mercurio è la seconda più alta del Sistema Solare, a 5,427 g/cm 3 , appena inferiore alla densità della Terra, che è di 5,515 g/cm 3 . Se si dovesse ignorare l'effetto della compressione gravitazionale , è Mercurio che sarebbe più denso con 5,3 g/cm 3 contro 4,4 g/cm 3 per la Terra, a causa di una composizione con più materiali densi.
La densità di Mercurio può essere utilizzata per dedurre dettagli sulla sua struttura interna. Sebbene l'elevata densità della Terra derivi notevolmente dalla compressione gravitazionale, specialmente a livello del nucleo terrestre , Mercurio è molto più piccolo e le sue regioni interne non sono così compresse. Pertanto, affinché abbia una densità così elevata, il suo nucleo deve essere grande e ricco di ferro.
I geologi stimano che il nucleo di Mercurio occupi circa l'85% del suo raggio, che rappresenterebbe circa il 61,4% del suo volume contro il 17% della Terra, per esempio. Una ricerca pubblicata nel 2007 una volta suggeriva che il nucleo di Mercurio fosse completamente liquido ( nichel e ferro ). Più recentemente, altri studi che utilizzano i dati della missione MESSENGER , completata nel 2015, tuttavia, portano gli astronomi a credere che il nucleo interno del pianeta sia effettivamente solido. Intorno al nucleo c'è uno strato centrale esterno solido di solfuro di ferro e un mantello composto da silicati . Secondo i dati della missione Mariner 10 e le osservazioni della Terra, la crosta di Mercurio ha uno spessore compreso tra 35 e 54 km . Una caratteristica distintiva della superficie di Mercurio è la presenza di numerose creste strette, che si estendono fino a diverse centinaia di chilometri di lunghezza. Si pensa che si siano formati quando il nucleo e il mantello di Mercurio si sono raffreddati e si sono contratti in un momento in cui la crosta si era già solidificata.
Il nucleo di Mercurio ha un contenuto di ferro più alto di qualsiasi altro oggetto nel Sistema Solare. Questa alta concentrazione di ferro è il motivo per cui a volte viene soprannominato "il pianeta metallico " o "il pianeta di ferro". Comprendere l'origine di questa concentrazione ci insegnerebbe molto sulla nebulosa solare primitiva e sulle condizioni in cui si è formato il Sistema Solare. Sono state proposte tre ipotesi per spiegare l'elevata metallicità di Mercurio e del suo gigantesco nucleo.
Il più ampiamente accettata la teoria di questo è che Mercury aveva in origine un rapporto metallo-silicato simile a quella di comuni condriti meteoriti , che si ritiene essere tipico di materiale roccioso del sistema solare, e con una massa di circa 2,25 volte maggiore di la sua massa attuale. Poi, all'inizio della storia del sistema solare, Mercurio è stato colpito da un planetesimo circa 1/ 6 ° di quella massa e diverse migliaia di chilometri di diametro. L'impatto avrebbe rimosso gran parte della crosta e del mantello originali, lasciando dietro di sé il nucleo metallico che si sarebbe fuso con quello del planetesimo, e un sottile mantello. Un processo simile, noto come ipotesi dell'impatto gigante , è stato proposto per spiegare la formazione della Luna a seguito della collisione della Terra con l'impattore Theia .
In alternativa, Mercurio potrebbe essersi formato dalla nebulosa solare prima che la produzione di energia del Sole si stabilizzasse. Inizialmente la sua massa sarebbe stata doppia rispetto a oggi ma quando la protostella si è contratta, le temperature di prossimità di Mercurio potrebbero essere comprese tra 2500 e 3500 K e forse raggiungere anche i 10.000 K . Gran parte della roccia superficiale di Mercurio potrebbe quindi essere stata vaporizzata a queste temperature, formando un'atmosfera di vapore di roccia che sarebbe poi stata portata via dal vento solare .
Una terza ipotesi presuppone che la nebulosa solare abbia causato una scia sulle particelle da cui Mercurio si stava accrescendo , il che significa che le particelle più leggere sono state perse dal materiale in accrescimento e non sono state raccolte da Mercurio. Quindi, il tasso di elementi pesanti, come il ferro, presenti nella nebulosa solare era maggiore in prossimità del Sole, anche questi elementi pesanti si distribuivano gradualmente attorno al Sole (più lontano da esso, meno elementi pesanti erano) . Mercurio, vicino al Sole, avrebbe quindi accumulato più materiali pesanti degli altri pianeti per formare il suo nucleo.
Tuttavia, ogni ipotesi prevede una diversa composizione della superficie. La missione MESSENGER ha trovato livelli di potassio e zolfo in superficie più alti del previsto, suggerendo che l'ipotesi di un impatto gigante e della vaporizzazione della crosta e del mantello non si è verificata perché potassio e zolfo sarebbero stati espulsi dal calore estremo di questi eventi. I risultati fin qui ottenuti sembrano quindi favorire la terza ipotesi ma è necessaria un'analisi più approfondita dei dati. BepiColombo , che arriverà in orbita attorno a Mercurio nel 2025, farà delle osservazioni per cercare di fornire una risposta.
La superficie di Mercurio è ricoperta da un tappeto polveroso, fratture e crateri . La superficie di Mercurio è simile a quella della Luna , mostrando vaste pianure di minerali ( silicati ) che ricordano i mari lunari e numerosi crateri , indicando che è stato geologicamente inattivo per miliardi di anni. Per gli astronomi, questi crateri sono molto antichi e raccontano la storia della formazione del Sistema Solare, quando i planetesimi si scontrarono con i pianeti giovani per fondersi con loro. Al contrario, alcune porzioni della superficie di Mercurio appaiono lisce, non toccate da alcun impatto. Si tratta probabilmente di colate laviche che ricoprono suoli più antichi maggiormente segnati da impatti. La lava, una volta raffreddata, darebbe origine all'aspetto di una superficie liscia e biancastra. Queste pianure risalgono ad un periodo più recente, dopo il periodo di intensi bombardamenti . La scoperta delle pianure vulcaniche in superficie rende possibile implicare la caduta di enormi asteroidi che raggiungono il mantello , e possono creare contemporaneamente eruzioni vulcaniche sul lato opposto del pianeta .
La conoscenza della geologia di Mercurio essendo stata basata solo sul sorvolo della sonda Mariner 10 nel 1975 e su osservazioni terrestri, era il meno conosciuto dei pianeti terrestri fino al 2011 e alla missione MESSENGER. Ad esempio, durante questa missione viene scoperto un insolito cratere con cavità radianti, che gli scienziati chiamano tempo di cratere Spider prima di ribattezzarlo Apollodorus .
Mercurio ha diversi tipi di formazioni geologiche:
Mercurio è stato pesantemente bombardato da comete e asteroidi durante e poco dopo la sua formazione, 4,6 miliardi di anni fa, così come durante un successivo, forse separato episodio chiamato Great Late Bombardment , avvenuto 3,8 miliardi di anni fa. Durante questo periodo di intensa formazione di crateri, Mercurio subisce impatti su tutta la sua superficie, facilitati dall'assenza di qualsiasi atmosfera che rallenti gli impatti. Inoltre, Mercurio è quindi vulcanicamente attivo; bacini come il Bacino Caloris sono pieni di magma , producendo pianure lisce simili a mari lunari . Dopo il grande bombardamento, l'attività vulcanica di Mercurio sarebbe cessata, circa 800 milioni di anni dopo la sua formazione.
La superficie di Mercurio è più eterogenea di quella di Marte o della Luna, entrambi i quali contengono aree significative di geologia simile, come maria e planitiae .
Bacini e crateri da impattoIl diametro dei crateri di Mercurio varia da piccole cavità a forma di ciotola a bacini da impatto multi-annuari di diverse centinaia di chilometri di diametro. Appaiono in tutti gli stati di degrado, dai crateri irradiati relativamente freschi ai resti di crateri gravemente degradati. I crateri di mercurio differiscono sottilmente dai crateri lunari in quanto l'area coperta dalle loro eiezioni è molto più piccola, una conseguenza della maggiore gravità di Mercurio sulla sua superficie. Secondo le regole dell'UAI , ogni nuovo cratere deve portare il nome di un artista famoso da più di cinquant'anni, e morto da più di tre anni, prima della data di denominazione del cratere.
Il cratere più grande conosciuto è il Bacino Caloris , con un diametro di 1.550 km (quasi un terzo del diametro del pianeta), che si è formato in seguito alla caduta di un asteroide di circa 150 km di grandezza , quasi 3,85 miliardi di anni fa . Il suo nome ( Caloris , "calore" in latino) deriva dal fatto che si trova su uno dei due "poli caldi" della superficie di Mercurio, poli direttamente rivolti al Sole quando il pianeta è al perielio . L'impatto che ha creato il bacino del Caloris è stato così potente da provocare eruzioni di lava che hanno lasciato un anello concentrico alto oltre 2 km che circonda il cratere da impatto. È una grande depressione circolare, con anelli concentrici. Più tardi, la lava è certamente confluita in questo grande cratere e ha levigato la superficie.
Agli antipodi del Bacino del Caloris c'è un vasto territorio molto collinoso e accidentato, delle dimensioni della Francia e della Germania messe insieme, conosciuto come una "terra strana" (in inglese Weird Land ). Un'ipotesi per la sua origine è che le onde d'urto generate durante l'impatto di Caloris abbiano viaggiato attorno a Mercurio, convergendo all'antipode del bacino (a 180 gradi ). Le forti sollecitazioni risultanti hanno fratturato la superficie, sollevando il terreno ad un'altezza compresa tra 800 e 1000 me producendo questa regione caotica. Un'altra ipotesi è che questo terreno si sia formato a seguito della convergenza di ejecta vulcanico all'antipode di questo bacino.
L'impatto che ha creato il bacino del Caloris ha anche contribuito alla formazione della catena montuosa unica di Mercurio: i Caloris Montes .
In totale, su Mercurio sono identificati circa 15 bacini da impatto. Un bacino notevole è il bacino di Tolstoj , largo 400 km , con più anelli e che ha una copertura di ejecta che si estende fino a 500 km dalla sua periferia e il cui aspetto segna l'era tolstoiana. I bacini di Rembrandt e Beethoven , avendo una copertura di ejecta vulcanico di dimensioni simili, sono anche tra i più grandi crateri da impatto del pianeta con una larghezza rispettivamente di 716 e 625 km .
Come la Luna, la superficie di Mercurio è stata probabilmente interessata da processi di erosione spaziale , inclusi il vento solare e gli impatti di micrometeoriti .
PianureCi sono due regioni di pianura geologicamente distinte su Mercurio.
Innanzitutto, le pianure dolcemente ondulate nelle regioni tra i crateri sono le più antiche superfici visibili di Mercurio, precedenti al terreno fortemente craterizzato. Queste pianure tra i crateri sembrano aver cancellato molti crateri più antichi e mostrano una rarità generale di piccoli crateri di diametro inferiore a 30 km circa.
In secondo luogo, le pianure lisce sono grandi aree piatte che riempiono depressioni di varie dimensioni e assomigliano molto ai mari lunari . In particolare, riempiono un ampio anello che circonda il bacino del Caloris. A differenza dei mari lunari, le lisce pianure di Mercurio hanno gli stessi albedo delle antiche pianure tra i crateri. Nonostante l'assenza di caratteristiche vulcaniche indiscutibili, la posizione e la forma arrotondata e lobata di queste pianure supportano fortemente l'origine vulcanica. Tutte le lisce pianure di Mercurio si sono formate molto più tardi del bacino del Caloris, come indicato dalla loro densità di crateri significativamente inferiore rispetto a quella della coltre di espulsione del Caloris. Il fondo del Bacino del Caloris è riempito da una pianura geologicamente distinta, frammentata da creste e fratture in uno schema approssimativamente poligonale. Non è chiaro se si tratti di lave vulcaniche o impattiti indotte dall'impatto .
Caratteristiche di compressioneUna caratteristica insolita della superficie di Mercurio è la presenza di numerose pieghe di compressione chiamate scarpate (o Rupes ) che attraversano le pianure. A seguito della fase calda della sua formazione, vale a dire dopo la fine del Grande Bombardamento Tardivo che un tempo fece risplendere tutti i pianeti del sistema solare, l'interno di Mercurio si contrasse e la sua superficie iniziò a deformarsi, creando creste. Queste scarpate possono raggiungere una lunghezza di 1000 km e un'altezza di 3 km . Queste caratteristiche di compressione possono essere osservate contemporaneamente ad altre caratteristiche, come crateri e pianure lisce, indicando che sono più recenti.
La mappatura delle caratteristiche di Mercurio utilizzando fotografie scattate da Mariner 10 ha suggerito dapprima un restringimento totale del raggio di Mercurio dell'ordine di 1 a 2 km a causa di queste compressioni, l'intervallo essendo stato successivamente aumentato da 5 a 7 km , seguendo i dati di MESSAGGERO. Inoltre, si trovano faglie di spinta su piccola scala, alte diverse decine di metri e lunghe pochi chilometri, che sembrano avere meno di 50 milioni di anni. Ciò indica che la compressione interna e la conseguente attività geologica di superficie continuano su questa piccola scala. Dopo questa scoperta, la presunta inattività geologica di Mercurio, e dei piccoli pianeti in genere, potrebbe essere messa in discussione.
Il Lunar Reconnaissance Orbiter scopre nel 2019 l'esistenza di simili piccole faglie di spinta sulla Luna.
periodi geologiciCome per la Terra, la Luna o Marte, l'evoluzione geologica di Mercurio può essere suddivisa in periodi o epoche maggiori. Queste età si basano solo su datazioni relative , quindi le date avanzate sono solo ordini di grandezza.
Periodi geologici di Mercurio (in milioni di anni):
pre-tolstoianoSi estende dall'inizio della storia del sistema solare al periodo di intenso bombardamento, da -4,5 a -3,9 miliardi di anni. La prima nebulosa solare si condensò e iniziò a formare materia solida; inizialmente di piccola massa che a forza di accumulazione (processo di accrescimento ) ha prodotto corpi sempre più grandi, aventi una forza di attrazione sempre più importante, fino a formare la massa principale di Mercurio. La natura omogenea o eterogenea di questo accumulo di materia è ancora sconosciuta: non è noto se Mercurio si sia formato da una miscela di ferro e silicato che si è poi dissociata per formare separatamente un nucleo metallico e un mantello di silicato, o se il nucleo si sia formato prima , dai metalli, poi il mantello e la crosta vennero solo in seguito, quando gli elementi pesanti come il ferro divennero meno abbondanti intorno a Mercurio. Ci sono poche possibilità che Mercurio possedesse un'atmosfera iniziale (subito dopo l'accumulo di materia), altrimenti sarebbe evaporato molto presto prima della comparsa dei crateri più antichi. Se Mercurio avesse avuto un'atmosfera, avremmo potuto notare un'erosione dei crateri da parte dei venti, come su Marte . Le scarpate presenti principalmente nelle regioni "intercrateri" (che sono superfici più antiche dei crateri) e che talvolta attraversano alcuni dei crateri più antichi, mostrano che il raffreddamento del nucleo e la contrazione del pianeta è avvenuto tra la fine del primo periodo e l'inizio del secondo.
TolstoyenIl secondo periodo (da -3,9 a -3,85 miliardi di anni) è caratterizzato da un forte bombardamento meteoritico da parte di corpi relativamente grandi (residui del processo di accrescimento), che ricoprono la superficie di Mercurio con crateri e bacini (grandi crateri di oltre 200 km di diametro) , e termina con la formazione del bacino del Caloris . Non è certo che questo periodo sia la fase terminale dell'accrescimento di Mercurio; è possibile che questo sia solo un secondo episodio di bombardamento indipendente da questo accumulo. Tanto più che è il tempo del grande bombardamento tardivo . Porta questo nome perché vide la formazione del bacino di Tolstoj .
CaloriaLa formazione del bacino del Caloris segna la separazione di questo periodo (da -3,85 a -3,80 miliardi di anni). L'impatto del meteorite ha dato origine a forti trasformazioni della superficie di Mercurio: la creazione dell'anello montuoso Caloris Montes attorno al cratere prodotto dall'impatto e deformazioni caotiche dall'altra parte del pianeta. L'asimmetria della distribuzione interna delle masse da essa provocata, alla scala del pianeta, è stata il perno su cui si basa la sincronizzazione dei periodi di rotazione/rivoluzione: il bacino del Caloris è (con il suo antipode) uno dei "Hot equatorial poli".
Più calorieLa quarta epoca geologica di Mercurio va da -3,80 a -3 miliardi di anni e inizia dopo la collisione che dà origine al bacino del Caloris. Copre il periodo di vulcanismo che seguì. Le colate laviche facevano parte delle Grandi Pianure Lisce, approssimativamente simili ai mari lunari . Tuttavia, le pianure lisce che coprono il bacino del Caloris (Suisei, Odin e Tir Planitia) sarebbero state formate da ejecta durante l'impatto di Caloris.
Mansurian e KuiperienEstesi rispettivamente da -3 miliardi di anni a -1 miliardo di anni e poi da -1 miliardo di anni ad oggi, questi periodi sono caratterizzati da piccoli impatti meteoritici: pochi eventi importanti si sono verificati su Mercurio in questi periodi. Queste ere prendono anche il nome di crateri: il Mansur e il Kuiper .
La presenza di pianure più giovani (le piane lisce) è la prova che Mercurio ha sperimentato attività vulcanica nel suo passato. L'origine di queste pianure è evidenziata alla fine degli anni '90 da Mark Robinson e Paul Lucey studiando le fotografie di Mercurio. Il principio è confrontare superfici lisce - formate da colate laviche - con altre, non lisce (e più vecchie). Se si trattasse davvero di eruzioni vulcaniche, queste regioni dovevano essere di composizione diversa da quella che ricoprivano, in quanto composte da materiali provenienti dall'interno del pianeta.
Le immagini scattate da Mariner 10 vengono prima ricalibrate da immagini scattate in laboratorio prima del lancio della sonda, e immagini scattate durante la missione delle nuvole di Venere (Venus ha una trama piuttosto uniforme) e dello spazio profondo. Robinson e Lucey studiano poi vari campioni della Luna - che si dice abbia sperimentato un'attività vulcanica simile - e in particolare il riflesso della luce per tracciare un parallelo tra la composizione e il riflesso di questi materiali.
Utilizzando tecniche avanzate di elaborazione delle immagini digitali (che non erano possibili al momento della missione Mariner 10), codificano a colori le immagini per differenziare i materiali minerali scuri dai materiali metallici. Vengono utilizzati tre colori: il rosso per caratterizzare i minerali opachi e scuri (più il rosso è pronunciato, meno sono i minerali scuri); il verde per caratterizzare sia la concentrazione di ossido di ferro (FeO) che l'intensità del bombardamento di Micrometeoriti, detto anche "maturità" (la presenza di FeO è meno importante, o la regione è meno matura, sulle porzioni più verdi); il blu per caratterizzare il rapporto UV /luce visibile (l'intensità del blu aumenta con il rapporto). La combinazione delle tre immagini dà colori intermedi. Ad esempio, un'area in giallo può rappresentare una combinazione di un'alta concentrazione di minerali opachi (rosso) e maturità intermedia (verde).
Robinson e Lucey notano che le pianure sono contrassegnate con colori diversi rispetto ai crateri e possono dedurre che queste pianure sono di composizione diversa rispetto alle superfici più antiche (caratterizzate dalla presenza di crateri). Queste pianure, come la Luna, devono essere state formate da colate laviche. Sorgono quindi nuove domande sulla natura di queste rocce fusa in aumento: possono essere semplici effusioni fluide o eruzioni esplosive. Tuttavia, non tutte le pianure potrebbero aver avuto origine da colate laviche. È possibile che alcuni si siano formati dalla ricaduta di polvere e frammenti di terreno, espulsi durante grandi impatti di meteoriti.
Alcune eruzioni vulcaniche potrebbero anche essersi verificate a causa di grandi collisioni. Nel caso del bacino del Caloris, il cratere generato dall'impatto doveva originariamente avere una profondità di 130 km ; probabilmente raggiungendo il mantello e facendolo poi fondere parzialmente durante l'urto (a causa della pressione e della temperatura molto elevate). Il mantello viene poi rimontato durante il riassestamento del terreno, riempiendo il cratere. Quindi, sapendo che parte della superficie di Mercurio proviene dal suo interno, gli scienziati possono dedurre informazioni sulla composizione interna del pianeta.
Le immagini ottenute da MESSENGER, nel frattempo, rivelano prove di nubi infuocate su Mercurio da vulcani a scudo bassi. Questi dati MESSENGER hanno identificato 51 depositi piroclastici sulla superficie, il 90% dei quali in crateri da impatto . Uno studio sullo stato di degrado dei crateri da impatto che ospitano depositi piroclastici suggerisce che l'attività piroclastica si è verificata su Mercurio per un intervallo prolungato.
Una "depressione senza bordo" all'interno del bordo sud-ovest del bacino del Caloris è costituita da almeno nove bocche vulcaniche sovrapposte, ciascuna individualmente fino a 8 km di diametro. Si tratta quindi di uno stratovulcano . Il fondo dei camini giacciono almeno 1 km al di sotto delle loro pareti e sembrano crateri vulcanici scolpiti da eruzioni esplosive o alterati dal collasso in spazi vuoti creati dal ritiro del magma in un condotto. Si dice che l'età del complesso sistema vulcanico sia dell'ordine di un miliardo di anni.
Mercurio è un pianeta molto caldo. La temperatura superficiale media è di circa 440 K ( 167 °C ). È la temperatura di stabilizzazione al di sotto della regolite , dove il sottosuolo non è più soggetto all'alternanza delle “onde” termiche del giorno e della notte. Inoltre, la temperatura superficiale di Mercurio varia approssimativamente da 100 a 700 K (da -173 a 427 ° C ). Non supera mai i 180 K ai poli a causa dell'assenza di atmosfera e di un forte gradiente di temperatura tra l'equatore ei poli. Il punto subsolare al perielio , cioè (0°N, 0°W) o (0°N, 180°W), raggiunge in questo momento 700 K ma solo 550 K all'afelio (90° o 270° W). Il lato non illuminato del pianeta, la temperatura media è di 110 K . Dalla superficie di Mercurio il sole appare, a seconda dell'orbita ellittica, tra 2,1 e 3,3 più grande che dalla Terra , e l'intensità della luce solare sulla superficie di Mercurio varia tra 4,59 e 10,61 volte la costante solare , vale a dire che la quantità di energia ricevuta da una superficie perpendicolare al Sole è in media 7 volte superiore su Mercurio che sulla Terra.
GhiaccioSebbene la temperatura della luce del giorno sulla superficie di Mercurio sia generalmente estremamente elevata, è possibile che su Mercurio sia presente del ghiaccio . Infatti, a causa dell'inclinazione quasi nulla del suo asse di rotazione , le zone polari di Mercurio ricevono solo raggi solari radenti. Inoltre, il fondo dei crateri profondi dei poli è mai esposte alla luce solare diretta, e temperatura rimane al di sotto di 102 K grazie a questa permanente oscurità , che è molto inferiore alla temperatura media del pianeta di 452. K . A queste temperature, il ghiaccio d'acqua difficilmente sublima (la pressione parziale di vapore del ghiaccio è molto bassa).
Le osservazioni radar effettuate nei primi anni '90 dal radiotelescopio di Arecibo e dall'antenna Goldstone indicano la presenza di ghiaccio in acqua ai poli nord e sud di Mercurio. Infatti, il ghiaccio d'acqua è caratterizzato da aree ad alta riflessione radar e una firma fortemente depolarizzata, a differenza della tipica riflessione radar del silicato , che costituisce la maggior parte della superficie di Mercurio. Inoltre, ci sono aree di forte riflessione radar vicino ai poli. I risultati ottenuti con il radiotelescopio di Arecibo mostrano che queste riflessioni radar sono concentrate in punti circolari delle dimensioni di un cratere. Secondo le immagini scattate da Mariner 10, il più grande di essi, al Polo Sud, sembra coincidere con il cratere Chao Meng-Fu . Altri, più piccoli, corrispondono anche a crateri ben identificati.
Si stima che le regioni di ghiaccio contengano da 10 14 a 10 15 kg di ghiaccio. Questi sono potenzialmente coperti con regolite che impedisce la sublimazione . In confronto, la calotta polare antartica sulla Terra ha una massa di circa 4 × 10 18 kg e la calotta polare sud di Marte contiene circa 10 16 kg di acqua. Si considerano due probabili fonti per l'origine di questo ghiaccio: il bombardamento di meteoriti o il degassamento dell'acqua dall'interno del pianeta. I meteoriti che hanno colpito il pianeta potrebbero aver portato acqua che sarebbe rimasta intrappolata (congelata dalle basse temperature dei poli) nei luoghi in cui si sono verificati gli impatti. Allo stesso modo per il degasaggio, alcune molecole potrebbero essere migrate verso i poli e ritrovarsi lì intrappolate.
Sebbene il ghiaccio non sia l'unica possibile causa di queste regioni riflettenti, gli astronomi ritengono che sia la più probabile. La sonda BepiColombo, che orbiterà attorno al pianeta intorno al 2025, avrà tra i suoi compiti quello di individuare la presenza o meno di ghiaccio su Mercurio.
EsosferaIl mercurio è troppo piccolo e caldo perché la sua gravità possa contenere un'atmosfera significativa per lunghi periodi di tempo. Pertanto, è quasi inesistente a tal punto che le molecole di gas dell '"atmosfera" si scontrano più spesso con la superficie del pianeta che con altre molecole di gas. È quindi più appropriato parlare della sua esosfera , a partire dalla superficie di Mercurio, direttamente "aperta" allo spazio . Questa è sottile e di superficie limitata, composta principalmente da potassio , sodio e ossigeno (9,5%). Sono presenti anche tracce di argon , neon , idrogeno ed elio . La pressione esercitata sulla superficie è inferiore a 0,5 NPA ( 0,005 picobar).
Questa esosfera non è stabile ed è in realtà transitoria: gli atomi che compongono principalmente l'esosfera di Mercurio (potassio e sodio) hanno una durata (di presenza) stimata in tre ore prima di essere rilasciati nello spazio e un'ora e mezza quando il pianeta è al perielio. Pertanto, gli atomi vengono continuamente persi e riforniti da varie fonti.
Gli atomi di idrogeno ed elio probabilmente provengono dalla cattura di ioni dal vento solare , diffondendosi nella magnetosfera di Mercurio prima di fuggire nuovamente nello spazio. Il decadimento radioattivo degli elementi della crosta di mercurio è un'altra fonte di elio, oltre a sodio e potassio. È presente il vapore acqueo, rilasciato da una combinazione di processi come le comete che colpiscono la sua superficie, lo sputtering (creando acqua dall'idrogeno dal vento solare e l'ossigeno dalla roccia) e la sublimazione dai serbatoi di ghiaccio d'acqua in crateri polari permanentemente ombreggiati. La sonda MESSENGER ha anche rilevato grandi quantità di ioni legati all'acqua come O + , OH - e H 3 O +. A causa delle quantità di questi ioni che sono state rilevate nell'ambiente spaziale di Mercurio, gli astronomi presumono che queste molecole siano state espulse dalla superficie o dall'esosfera dal vento solare.
Sodio, potassio e calcio sono stati scoperti nell'atmosfera durante gli anni 1980-1990, il consenso è che derivano principalmente dalla vaporizzazione della roccia superficiale colpita da impatti di micrometeoriti , incluso quello della cometa de Encke , che creano una nuvola zodiacale . Nel 2008, MESSENGER ha scoperto il magnesio. Gli studi indicano che a volte le emissioni di sodio sono localizzate in punti che corrispondono ai poli magnetici del pianeta. Ciò indicherebbe un'interazione tra la magnetosfera e la superficie del pianeta.
Nonostante le sue piccole dimensioni e il lento periodo di rotazione di 59 giorni , Mercurio ha un notevole campo magnetico . Rivelato dai magnetometri di Mariner 10, inmarzo 1974, sorprende gli astronomi che fino a quel momento pensavano che Mercurio fosse privo di qualsiasi magnetosfera perché la sua bassa velocità di rotazione diminuisce l' effetto dinamo . Inoltre, all'epoca si presumeva che il nucleo del pianeta si fosse già solidificato a causa delle sue piccole dimensioni. L'intensità del campo magnetico all'equatore di Mercurio è di circa 200 nT , ovvero lo 0,65% del campo magnetico terrestre che è pari a 31 µT . Come quello della Terra , il campo magnetico di Mercurio è dipolare . Tuttavia, a differenza della Terra, i poli di Mercurio sono allineati con l'asse di rotazione del pianeta. Le misurazioni delle sonde spaziali Mariner 10 e MESSENGER indicano che la forza e la forma del campo magnetico sono stabili.
È probabile che questo campo magnetico sia generato da un effetto dinamo , in maniera simile al campo magnetico terrestre. Questo effetto dinamo deriverebbe dalla circolazione del liquido esterno del nucleo ricco di ferro del pianeta. Effetti di marea particolarmente forti, causati dalla forte eccentricità orbitale del pianeta, manterrebbero il nucleo allo stato liquido necessario per questo effetto dinamo.
Il campo magnetico di Mercurio è abbastanza potente da deviare il vento solare attorno al pianeta, creando così una magnetosfera situata tra due archi d'urto (o “ bow shock ”). La magnetosfera del pianeta, sebbene abbastanza piccola da essere contenuta nel volume della Terra, è abbastanza forte da intrappolare il plasma del vento solare. Ciò contribuisce all'erosione spaziale della superficie del pianeta. Le osservazioni fatte da Mariner 10 hanno rilevato questo plasma a bassa energia nella magnetosfera sul lato oscuro del pianeta. Frammenti di particelle energetiche nella coda della magnetosfera del pianeta indicano che è dinamica. Inoltre, gli esperimenti condotti dalla sonda hanno dimostrato che, come quella della Terra, la magnetosfera di Mercurio ha una coda separata in due da uno strato neutro.
Durante il suo secondo volo sul pianeta, il 6 ottobre 2008, MESSENGER scopre che il campo magnetico di Mercurio può essere estremamente permeabile. La navicella incontra infatti "tornado" magnetici (fasci contorti di campi magnetici che collegano il campo magnetico planetario allo spazio interplanetario) che misurano fino a 800 km di larghezza, o un terzo del raggio del pianeta. Questi tubi di flusso magnetico attorcigliati formano finestre aperte nello scudo magnetico del pianeta attraverso le quali il vento solare può entrare e avere un impatto diretto sulla superficie di Mercurio mediante riconnessione magnetica . Questo accade anche nel campo magnetico terrestre, tuttavia il tasso di riconnessione è dieci volte superiore su Mercurio.
La magnitudine apparente di Mercurio può variare tra -2,48 (quindi più luminoso di Sirio ) durante la sua congiunzione superiore e +7,25 (superando quindi il limite di visibilità ad occhio nudo posto a +6 e quindi rendendolo invisibile) intorno alla congiunzione inferiore. La magnitudine apparente media è 0,23 con una deviazione standard di 1,78, che è la più grande di tutti i pianeti, a causa della forma dell'eccentricità orbitale del pianeta. La magnitudine apparente media alla congiunzione superiore è -1,89 mentre quella alla congiunzione inferiore è +5,93. L'osservazione di Mercurio è complicata per la sua vicinanza al sole in cielo, perché poi si perde nel bagliore della stella . Mercurio può essere osservato solo per un breve periodo di tempo all'alba o al tramonto .
Come molti altri pianeti e le stelle più luminose, Mercurio può essere osservato durante un'eclissi solare totale . Inoltre, come la Luna e Venere, Mercurio mostra fasi viste dalla Terra. Si dice che sia "nuovo" nella congiunzione inferiore e "pieno" nella congiunzione superiore. Tuttavia, il pianeta è reso invisibile dalla Terra in entrambe queste occasioni perché è oscurato dal Sole (tranne durante il transito). Inoltre, tecnicamente, Mercurio è il più luminoso quando è pieno. Quindi, sebbene Mercurio sia il più lontano dalla Terra quando è pieno, ha un'area illuminata visibile più ampia e l' effetto opposto compensa la distanza. Il contrario è vero per Venere , che appare più luminoso quando cresce perché è molto più vicino alla Terra.
Tuttavia, l'aspetto più brillante (fase completa) di Mercurio è in realtà incompatibile con l'osservazione pratica, a causa dell'estrema vicinanza del pianeta al sole in questo momento. Il momento migliore per osservare Mercurio è quindi durante il suo primo o ultimo spostamento, sebbene queste siano fasi di minore luminosità. Le fasi del primo e dell'ultimo quarto si verificano durante il massimo allungamento rispettivamente a est (intorno a settembre/ottobre) ea ovest (intorno a marzo/aprile) del sole. In questi due tempi, la separazione di Mercurio dal sole varia tra 17,9° al perielio e 27,8° all'afelio. Al suo massimo allungamento ad ovest, Mercurio sorge prima dell'alba, e al suo massimo allungamento ad est, tramonta dopo il tramonto, rendendolo più facilmente osservabile.
Il mercurio è più facilmente visibile dai tropici e subtropicali che dalle latitudini più elevate . Vista da basse latitudini e nei periodi giusti dell'anno, l' eclittica interseca l'orizzonte con un angolo acuto. In questo momento, Mercurio è direttamente sopra il sole (cioè la sua orbita appare verticale dalla Terra) ed è al suo massimo allungamento dal sole (28 °). Quando arriva l'ora del giorno sulla Terra quando il sole si trova a 18° sotto l'orizzonte in modo che il cielo sia completamente buio ( crepuscolo astronomico ), Mercurio si trova ad un angolo di 28-18 = 10° au- sopra l'orizzonte in un luogo completamente buio cielo: è quindi alla sua massima visibilità per un osservatore terrestre.
Inoltre, gli osservatori situati nell'emisfero meridionale hanno un vantaggio rispetto a quelli del nord , con latitudine di pari valore assoluto . Infatti in questo emisfero il massimo allungamento di Mercurio ad ovest (mattina) si verifica solo all'inizio dell'autunno (marzo/aprile) e il suo massimo allungamento ad est (sera) si verifica solo alla fine dell'inverno (settembre/ Ottobre). In questi due casi, l'angolo di intersezione dell'orbita del pianeta con l' eclittica (e quindi l' orizzonte ) è quindi massimo durante queste stagioni , il che consente a Mercurio di sorgere diverse ore prima dell'alba nel primo caso e non di tramontare fino a diverse ore dopo il tramonto nel secondo, dalle medie latitudini meridionali come Argentina e Sud Africa . Viceversa, nell'emisfero settentrionale, l'eclittica è molto meno inclinata al mattino a marzo/aprile e alla sera a settembre/ottobre, Mercurio è quindi molto vicino all'orizzonte anche durante il suo massimo allungamento anche quando a volte è ben visibile, vicino a Venere , nel cielo.
Un altro metodo per osservare Mercurio è osservare il pianeta durante le ore diurne quando le condizioni sono chiare, idealmente quando è al suo aspetto più grande. Questo rende facile trovare il pianeta, anche quando si usano telescopi con piccole aperture. Tuttavia, è necessario prestare molta attenzione per garantire che lo strumento non sia puntato direttamente verso il sole a causa del rischio di danni agli occhi. Questo metodo permette di aggirare la limitazione dell'osservazione al tramonto quando l'eclittica si trova a bassa quota (ad esempio nelle sere d'autunno).
In generale, le osservazioni di Mercurio utilizzando un telescopio da terra, però, rivelano solo un parziale disco di colore arancione illuminato con pochi dettagli. La vicinanza all'orizzonte rende difficile l'osservazione con i telescopi, poiché la sua luce deve percorrere una distanza maggiore attraverso l'atmosfera terrestre ed è disturbata da turbolenze , come rifrazione e assorbimento, che offuscano l'immagine. Il pianeta di solito appare nel telescopio come un disco a forma di mezzaluna. Anche con potenti telescopi, non ci sono quasi segni distintivi sulla sua superficie. D'altra parte, il telescopio spaziale Hubble non può osservare affatto Mercurio, a causa di procedure di sicurezza che gli impediscono di puntare troppo vicino al Sole.
Un transito di Mercurio si verifica quando la Terra si trova tra l'osservatore e il sole . È quindi visibile sotto forma di un piccolissimo punto nero che attraversa il disco solare. Sarebbe anche possibile per un osservatore su un altro pianeta vedere un transito, come il transito di Mercurio da Venere . I transiti di Mercurio visti dalla Terra avvengono con una frequenza relativamente regolare sulla scala astronomica di circa 13 o 14 per secolo, a causa della vicinanza del pianeta al Sole.
Il primo transito di Mercurio si osserva su 7 novembre 1631da Pierre Gassendi , sebbene la sua esistenza fosse prevista da Johannes Kepler prima della sua morte nel 1630. Nel 1677, l'osservazione del transito di Mercurio permise per la prima volta di evidenziare il fenomeno della goccia nera , effetto della diffrazione di strumenti ottici .
Il transito di Mercurio ha inoltre permesso di effettuare diverse misurazioni, tra cui quella delle dimensioni dell'universo o delle variazioni a lungo termine del raggio del Sole.
I transiti possono avvenire a maggio ad intervalli di 13 o 33 anni , oppure a novembre ogni 7, 13 o 33 anni . Gli ultimi quattro transiti di Mercurio risalgono al 7 maggio 2003 , 8 novembre 2006 , 9 maggio 2016 e 11 novembre 2019 ; i prossimi quattro si svolgeranno il13 novembre 2032, il 7 novembre 2039, il 7 maggio 2049 e il 9 novembre 2052.
Mercurio è noto da quando gli umani si sono interessati al cielo notturno; la prima civiltà ad aver lasciato una traccia cartacea è la civiltà sumera ( III ° millennio aC. ), che l'ha chiamata " Ubu-iDim-gud-ud " (che significa "salto pianeta").
I primi scritti di osservazioni dettagliate di Mercurio ci vengono dai Babilonesi con le tavolette di Mul Apin . I babilonesi chiamano questa stella Nabû in riferimento al dio della conoscenza nella mitologia mesopotamica . Sono anche i primi a studiare il moto apparente di Mercurio, che è diverso da quello degli altri pianeti.
Più tardi, negli tempi antichi , i Greci , eredi di disegni indoeuropee (paléoastronomie) considerano IV ° secolo aC. aC che Mercurio visibile prima dell'alba da un lato e Mercurio visibile dopo il tramonto dall'altro cadde sotto due stelle separate. Questi sono chiamati rispettivamente Στίλβων (Stilbōn), che significa "lo splendente" e Ἑρμῆς ( Hermes ) per il suo rapido movimento. Quest'ultimo è ancora il nome del pianeta in greco moderno . La stella del mattino sarebbe stata anche chiamata appeléeπόλλων ( Apollo ). Lo stesso fecero gli egiziani, che diedero il nome Seth alla stella del mattino e Horus alla stella della sera.
I romani chiamarono il pianeta dal messaggero degli dei Mercurio (in latino Mercurius ), equivalente di Hermes per la mitologia romana , perché si muove nel cielo più velocemente di tutti gli altri pianeti. Dio protettore anche di commercianti, medici e ladri, il simbolo astronomico di Mercurio è una versione stilizzata del caduceo di Hermes. Si presume inoltre che il simbolo derivi da una derivazione della prima lettera del suo antico nome greco Στίλβων (Stilbōn).
Ferry, un collaboratore per di Wahlen dizionario , scrive di questo:
"Perché allora un pianeta così poco importante nel sistema di cui fa parte porta il nome del messaggero degli dei nell'Olimpo mitologico?" Questo perché si trova abbastanza frequentemente in congiunzione con gli altri pianeti tra i quali queste connessioni sono molto più rare. Poiché la durata della sua rivoluzione intorno al Sole o del suo anno è solo un quarto dell'anno terrestre, in questo breve lasso di tempo lo vediamo muoversi verso un pianeta e dopo essersi avvicinato ad esso allontanarsi per fare un'altra visita terminata così prontamente. La frequente ripetizione di questo tipo di viaggio potrebbe aver fatto nascere l'idea di un altro messaggero. "
L' astronomo greco-egiziano Tolomeo evoca la possibilità di transiti planetari davanti al Sole nella sua opera Planetary Hypotheses . Egli suggerisce che se non è mai stato osservato alcun passaggio, è stato perché i pianeti come Mercurio erano troppo piccoli per essere visti, o perché i passaggi erano troppo rari.
In Cina antica , Mercury è conosciuta come la "stella premuto" (Chen-xing辰星). È associato alla direzione nord e alla fase dell'acqua nel sistema cosmologico delle Cinque Fasi (Wuxing). Le moderne culture cinese , coreana , giapponese e vietnamita si riferiscono al pianeta letteralmente come "la stella dell'acqua" (水星), basata sui Cinque Elementi. La mitologia indù usa il nome di Buddha per Mercurio, e si pensa che questo dio presiedesse mercoledì. Il dio Odino della mitologia norrena è anche associato al pianeta Mercurio e al mercoledì. Questo legame con il terzo giorno della settimana si ritrova anche presso i romani, che diedero poi in francese il nome di mercoledì (per " Mercurii dies ", il giorno di Mercurio).
La civiltà Maya avrebbe rappresentato Mercurio come un gufo (o potenzialmente quattro, due che rappresentano il suo aspetto mattutino e due quello serale) che serve come messaggero per gli inferi.
In astronomia araba , Al-astronomo Zarqali descritto nel XI ° orbita geocentrica di Mercurio secolo come un'ellisse , anche se questa intuizione non ha influenzato la sua teoria astronomica o calcoli astronomici. Nel XII ° secolo, Ibn Bajja osservato "due pianeti come macchie nere sulla faccia del Sole" , che è stato successivamente proposto come il transito di Mercurio e / o Venere dall'astronomo di Maragha Qutb al-Din al-Shirazi il XIII ° secolo. Tuttavia, gli astronomi più recenti sollevano dubbi sull'osservazione dei transiti da parte di astronomi arabi medievali, che sono stati potenzialmente scambiati per macchie solari . Pertanto, qualsiasi osservazione di un transito di Mercurio prima dei telescopi rimane speculativa.
In India , l'astronomo Nilakantha Somayaji la scuola in Kerala sviluppata nel XV ° modello di secolo, una parte eliocentrica in cui Mercurio orbita intorno al Sole, che a sua volta orbita attorno alla Terra, simile a tychonique sistema di Tycho Brahe poi proposto il XVI ° secolo.
Ricerca del telescopio dalla TerraLe prime osservazioni telescopiche di Mercurio sono state fatte da Galileo nei primi anni del XVI ° secolo. Sebbene abbia osservato le fasi quando ha guardato Venere , il suo telescopio non è abbastanza potente per vedere le fasi di Mercurio. Nel 1631, Pierre Gassendi fece le prime osservazioni telescopiche del transito di un pianeta attraverso il Sole quando vide un transito di Mercurio predetto da Johannes Kepler . Nel 1639 Giovanni Zupi utilizzò un telescopio per scoprire che il pianeta aveva fasi simili a quelle di Venere e della Luna. L'osservazione dimostra in modo conclusivo che Mercurio orbita attorno al Sole.
Un evento raro in astronomia è il passaggio di un pianeta di fronte a un altro visto dalla Terra ( occultazione ). Mercurio e Venere si oscurano a vicenda ogni pochi secoli e l'evento del 28 maggio 1737 è l'unico ad essere stato osservato storicamente, essendo stato visto da John Bevis al Royal Observatory di Greenwich . La prossima occultazione di Mercurio da parte di Venere avverrà il 3 dicembre 2133.
Le difficoltà insite nell'osservazione di Mercurio fanno sì che sia stato molto meno studiato degli altri pianeti. Nel 1800, Johann Schröter fece osservazioni sulla sua superficie, affermando di aver osservato montagne alte 20 chilometri. Friedrich Bessel utilizza i disegni di Schröter per stimare erroneamente il periodo di rotazione di 24 ore e un'inclinazione assiale di 70 °. Nel 1880, Giovanni Schiaparelli mappa il pianeta in modo più accurato e suggerisce che il periodo di rotazione di Mercurio sia di 88 giorni , lo stesso del suo periodo orbitale dovuto alla rotazione sincrona . Lo sforzo di mappare la superficie di Mercurio fu continuato da Eugène Antoniadi , che nel 1934 pubblicò un libro che comprendeva sia le mappe che le sue osservazioni. Molte caratteristiche della superficie del pianeta, in particolare le formazioni di albedo , prendono il nome dalla mappa Antoniadi.
Nel giugno 1962, Gli scienziati sovietici dalla dell'Istituto di Radio-Ingegneria ed Elettronica della Accademia delle Scienze dell'URSS , guidato da Vladimir Kotelnikov , sono i primi a rimbalzare un segnale radar fuori Mercurio e la ricevono, che ha permesso l'inizio di osservazioni radar del pianeta. Tre anni dopo, le osservazioni radar degli americani Gordon H. Pettengill e Rolf B. Dyce, utilizzando il radiotelescopio di 300 metri dell'Osservatorio di Arecibo a Porto Rico , mostrano in modo definitivo che il periodo di rotazione del pianeta ha circa 59 giorni . La teoria che la rotazione di Mercurio sia sincrona era molto diffusa in quel momento e quindi fu una sorpresa per gli astronomi quando furono annunciate queste osservazioni radio. Se Mercurio fosse stato effettivamente bloccato come si pensava in precedenza, il suo lato oscuro sarebbe stato estremamente freddo, ma le misurazioni delle emissioni radio rivelano che è molto più caldo del previsto. Gli astronomi esitano per un po' ad abbandonare la teoria della rotazione sincrona e a proporre meccanismi alternativi come forti venti che distribuiscono calore per spiegare le osservazioni.
L'astronomo italiano Giuseppe Colombo osserva che il periodo di rotazione è circa i due terzi del periodo orbitale di Mercurio, ed è il primo a proporre che i periodi orbitale e di rotazione del pianeta siano bloccati in una risonanza di 3: 2 anziché 1: 1, come ad esempio tra la Terra e la Luna. I dati di Mariner 10 lo hanno successivamente confermato.
Le osservazioni ottiche del suolo non hanno rivelato molto di più su Mercurio, ma i radioastronomi utilizzando l' interferometria a microonde , una tecnica che elimina la radiazione solare , sono stati in grado di discernere le caratteristiche fisiche e chimiche degli strati sotterranei fino a una profondità di diversi metri. Nel 2000, le osservazioni ad alta risoluzione note come Lucky Imaging sono state effettuate da un telescopio all'osservatorio di Mont Wilson . Essi forniscono le prime viste che permettono di conoscere le caratteristiche superficiali delle parti di Mercurio che non erano stati immaginati durante la missione Mariner 10. La maggior parte del pianeta è mappato dal telescopio radar di Arecibo, compresi i depositi. Di quello che potrebbe essere ghiaccio d'acqua negli ombrosi crateri polari.
Il primo astronomo ad aver discernere le caratteristiche geologiche del mercurio è Johann Hieronymus Schröter che, verso la fine del XVIII ° secolo, disegna in dettaglio ciò che aveva osservato, tra montagne molto alte. Le sue osservazioni sono tuttavia invalidate da William Herschel che non ha potuto vedere nessuna di queste caratteristiche.
Successivamente, altri astronomi fecero mappe di Mercurio, tra cui l' italiano Giovanni Schiaparelli e l' americano Percival Lowell (nel 1896 ). Vedono aree scure sotto forma di linee, simili ai canali di Marte che avevano disegnato anche loro e che credevano artificiali.
Mappa di Giovanni Schiaparelli .
Mappa di Percival Lowell (1896).
Mappa di Eugène Antoniadi (1934).
La migliore carta pre-Mariner 10 viene dal franco-greco Eugène Antoniadi nei primi anni '30 . È stato utilizzato per quasi 50 anni fino a quando Mariner 10 ha restituito le prime foto del pianeta. Antoniadi mostra che i canali erano solo un'illusione ottica. Riconosce che disegnare una mappa accurata di Mercurio è impossibile dalle osservazioni fatte all'alba o al tramonto a causa dei disturbi atmosferici (lo spessore dell'atmosfera terrestre che la luce deve attraversare quando Mercurio è all'orizzonte è importante e crea distorsioni dell'immagine). Si impegna quindi a fare osservazioni - pericolose - in pieno giorno, quando il sole è ben al di sopra dell'orizzonte. Guadagna così in nitidezza, ma perde contrasto a causa della luce del sole. Antoniadi riesce ancora a completare la sua carta nel 1934 , fatta di pianure e montagne.
Le coordinate utilizzate su queste mappe hanno poca importanza poiché sono state stabilite quando si credeva, come aveva affermato Schiaparelli, che il periodo di rotazione di Mercurio su se stesso fosse lo stesso del periodo di rivoluzione attorno al Sole. È quindi il volto assunto sempre illuminato che è stato mappato. Solo Lowell e Antoniadi avevano annotato le loro mappe.
Dal marinaio 10Nel 1974, che - il 75 , Mariner 10 rapporti di fotografie ad alta risoluzione per la mappatura di circa il 45% della sua superficie, rivelando dettagli topografiche mai visti prima: una superficie coperta di crateri con le montagne e pianure, molto simile a quella della luna. È abbastanza difficile fare una correlazione tra le caratteristiche fotografate dalla sonda e le mappe stabilite dal telescopio. Alcune delle manifestazioni geologiche sulla carta Antoniadi sono risultate inesistenti. Inoltre, queste fotografie consentono la pubblicazione nel 1976 del primo atlante del pianeta da parte della NASA ( Atlante di Mercurio ), rivelando per la prima volta le formazioni geologiche del pianeta tra cui, ad esempio, la sua unica catena montuosa: Caloris Montes .
I definisce International Astronomical Union nel 1970 il meridiano 0 ° come il meridiano solare il primo perielio dopo il 1 ° ° gennaio 1950 , vale a dire, uno dei due punti caldi. Tuttavia, il sistema di coordinate utilizzato da Mariner 10 si basa sul 20° meridiano che interseca il cratere Hun Kal (che significa "20" in Maya ) - risultando in un leggero errore inferiore a 0,5° dal meridiano 0. ° definito dal UAI - perché il meridiano 0 era al buio durante i suoi sorvoli. Il cratere Hun Kal è una sorta di Greenwich di Mercurio. L'equatore giace nel piano dell'orbita di Mercurio e le longitudini si misurano da 0° a 360° andando verso ovest . Pertanto, i due punti più caldi dell'equatore sono alle longitudini 0 ° W e 180 ° W, e i punti più freddi dell'equatore sono alle longitudini 90 ° W e 270 ° W. Al contrario, il progetto MESSENGER utilizza una convenzione positiva verso est.
Il mercurio è tagliato in 15 quadrangoli. Diversi metodi di proiezione sono usati per mappare la superficie di Mercurio, a seconda della posizione del quadrilatero sul globo. Cinque proiezioni di Mercatore ( proiezione cilindrica tangente all'equatore) circondano il pianeta a livello dell'equatore, tra le latitudini 25° nord e 25° sud; quattro proiezioni di Lambert ( proiezione conica) tra 20° e 70° di latitudine per ciascun emisfero; e due proiezioni stereografiche per mappare i poli (fino a 65° di latitudine).
Ogni quadrilatero inizia con la lettera H (per "Hermes"), seguita dal suo numero (da 1, Polo Nord, a 15, Polo Sud). Il loro nome deriva da un'importante caratteristica presente nella loro regione (bacino, cratere, ecc. ) e ad essi viene assegnato un nome di albedo (tra parentesi). I nomi albedo assegnati a questa nuova mappa derivano da quello di Antoniadi, poiché era quello utilizzato fino ad allora da tutti gli osservatori per diversi decenni. Sono usati per localizzare quadrangoli durante le osservazioni del telescopio dalla Terra, dove si possono distinguere solo variazioni nell'intensità della luce.
Quadrilatero | Nome | Latitudine | Longitudine | Proiezione |
---|---|---|---|---|
H-1 | Boreale (Borea) | 65º - 90 ° N | 0º - 360 ° O | stereografico |
H-2 | Vittoria (Aurora) | 21º - 66° N | 0° - 90° O | Lambert |
H-3 | Shakespeare (Caduceata) | 21º - 66° N | 90 ° - 180 ° O | Lambert |
H-4 | Raditladi (Liguria) | 21º - 66° N | 180 ° - 270 ° O | Lambert |
H-5 | Hokusai (Apollonia) | 21º - 66° N | 270 ° - 360 ° O | Lambert |
H-6 | Kuiper (Tricrena) | 22º N - 22 ° S | 0° - 72° O | Mercatore |
H-7 | Beethoven (Solitudo Lycaonis) | 22º N - 22 ° S | 72º - 144° W | Mercatore |
H-8 | Tolstoj (Fetontia) | 22º N - 22 ° S | 144º - 216 ° W | Mercatore |
H-9 | Eminescu (Solitudo Criophori) | 22º N - 22 ° S | 216º - 288 ° W | Mercatore |
H-10 | Derain (Pieria) | 22º N - 22 ° S | 288º - 360 ° W | Mercatore |
H-11 | Scoperta (Solitudo Hermae Trismegisti) | 21º - 66° S | 0º - 90 ° O | Lambert |
H-12 | Michelangelo (Solitudo Prometei) | 21º - 66° S | 90 ° - 180 ° O | Lambert |
H-13 | Neruda (Solitudo Persefone) | 21º - 66° S | 180 ° - 270 ° O | Lambert |
H-14 | Debussy (Cyllene) | 21º - 66° S | 270 ° - 360 ° O | Lambert |
H-15 | Bach (Australia) | 65º - 90 ° S | 0° - 360° O | stereografico |
Nel 2016, grazie a più di 100.000 immagini riprese dalla sonda MESSENGER, la NASA ha fornito il primo modello topografico di Mercurio. Questo dà i punti di elevazione massima e minima del pianeta, rispettivamente a 4,48 km sopra l'elevazione media situata su uno dei terreni più antichi del pianeta vicino all'equatore e a 5,38 km sotto l'elevazione media del pianeta, in basso del bacino Rachmaninov .
Raggiungere Mercurio dalla Terra pone sfide tecniche significative, poiché orbita molto più vicino al Sole rispetto alla Terra. Ciò implica che una sonda diretta a Mercurio deve spendere più energia di quella che va a Plutone .
Mercurio ha una velocità orbitale di 48 km/s , mentre la velocità orbitale della Terra è di 30 km/s . Pertanto, il veicolo spaziale deve effettuare un ampio spostamento Delta-v per entrare in un'orbita di trasferimento di Hohmann che passa vicino a Mercurio, rispetto al Delta-v richiesto per altre missioni planetarie. Inoltre, è necessario porsi nel piano orbitale di Mercurio, che è inclinato di 7° rispetto all'eclittica , che anch'essa richiede energia.
L' energia potenziale rilasciata scendendo nel pozzo potenziale del Sole diventa energia cinetica : si rende quindi necessaria una grande variazione negativa di velocità per rallentare e mettersi in orbita stabile. A causa della significativa atmosfera di Mercurio, un veicolo spaziale dipende interamente dai suoi motori a reazione , essendo escluso l' aerofreno . Per questi motivi una missione che preveda un atterraggio su Mercurio è molto difficile, motivo per cui non è mai stata fatta prima.
Tuttavia, i progressi nel campo della meccanica spaziale rendono realizzabile questo tipo di missione a un costo ragionevole grazie a una serie di manovre di assistenza gravitazionale .
Inoltre, la vicinanza di Mercurio al Sole implica che una sonda in orbita attorno al pianeta riceve circa dieci volte più energia dal Sole rispetto a quando si trova in un'orbita terrestre e il suolo di Mercurio sulla sua faccia illuminata riflette gran parte del calore che riceve. dal Sole, aumentando le sollecitazioni termiche subite da una macchina a bassa quota (le temperature possono superare i 400 °C alla superficie della sonda).
Queste difficoltà significano che un viaggio su Mercurio richiede più carburante del necessario per sfuggire completamente al Sistema Solare. Pertanto, la sua esplorazione è stata successiva a pianeti come Venere o Marte e solo due sonde spaziali l'hanno visitata prima dell'arrivo di BepiColombo previsto per il 2025.
Sonda | Stato | Evento | Datato | Agenzia spaziale | Successi principali |
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Marinare 10 | Missione completata | Lancio | novembre 1973 | NASA | Primo sorvolo riuscito di Mercurio.
Primo utilizzo dell'assistenza gravitazionale di un pianeta per modificare la velocità e la traiettoria di una sonda spaziale. |
Prima panoramica | marzo 1974 | ||||
Secondo sorvolo | settembre 1974 | ||||
Terzo sorvolo | marzo 1975 | ||||
MESSAGGERO | Missione completata | Lancio | agosto 2004 | NASA | Prima messo in orbita attorno a Mercurio. |
Prima panoramica | 14 gennaio 2008 | ||||
Secondo sorvolo | 6 ottobre 2008 | ||||
Terzo sorvolo | 30 settembre 2009 | ||||
orbitante | 18 marzo 2011 alle 1:00 UTC | ||||
BepiColombo | Missione in corso | Lancio | 19 ottobre 2018 | ESA / JAXA | |
orbitante | previsto per il 2025 |
Mariner 10 è la prima sonda a studiare Mercurio da vicino. Sviluppato dall'agenzia spaziale statunitense, la NASA , e lanciato il3 novembre 1973, sorvola il pianeta tre volte, nel marzo e settembre 1974 e nel marzo 1975 . Originariamente, era destinato a sorvolare e studiare Venere , ma gli astronomi credono di poterlo usare anche per studiare Mercurio, di cui si sapeva poco. Mariner 10 è quindi la prima sonda ad aver utilizzato l' assistenza gravitazionale di un pianeta - Venere - per raggiungerne un altro.
Dotato di una fotocamera , un magnetometro e diversi spettrometri , Mariner 10 permette in particolare di scoprire un campo magnetico significativo e l'alta densità del pianeta, rivelando un grande nucleo ferroso. I più potenti telescopi terrestri non erano riusciti ad ottenere immagini di qualità della superficie, a causa della vicinanza dell'allineamento con il Sole. Durante questi tre passaggi, la sonda scatta più di 2.000 fotografie di Mercurio. Tuttavia, le foto scattate da Mariner 10 ci permettono solo di mappare quasi il 45% della superficie del pianeta, perché durante i tre passaggi Mercurio ha presentato al Sole la stessa faccia; le regioni in ombra erano quindi impossibili da mappare. Queste immagini rivelano una superficie ricoperta di crateri, molto simile a quella della Luna.
Mariner 10 permette di scoprire la presenza di un'atmosfera molto sottile, nonché una magnetosfera. Quest'ultima è stata una sorpresa per gli astronomi. Fornisce inoltre dettagli sulla sua velocità di rotazione. La missione finisce il24 marzo 1975, quando la sonda ha esaurito il carburante. Poiché la sua orbita non può più essere controllata con precisione, i controllori della missione ordinano alla sonda di spegnersi. Il Mariner 10 sarebbe quindi ancora in orbita attorno al Sole, passando vicino a Mercurio ogni pochi mesi.
MESSAGGEROMESSENGER (per MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry e Ranging ) è la settima missione del programma Discovery , che riunisce progetti di esplorazione del sistema solare a costi moderati e tempi di sviluppo brevi. La sonda, la cui massa, compresi i propellenti , è di 1,1 tonnellate, trasporta sette strumenti scientifici, tra cui diversi spettrometri , un altimetro laser , un magnetometro e fotocamere. Viene lanciato il3 agosto 2004da Cape Canaveral , a bordo di un lanciatore Delta II , il lancio è stato posticipato di un giorno a causa del maltempo.
La sonda impiega circa sei anni e mezzo per entrare in orbita attorno a Mercurio. Per ottenere ciò, esegue durante il suo transito sei sorvoli ravvicinati dei pianeti interni (la Terra infebbraio 2005, Venere due volte in ottobre 2006 e 2007 e Mercurio tre volte, in Gennaio e ottobre 2008 e in settembre 2009), con alcune correzioni di rotta intermedie. Durante questi sorvoli di Mercurio, vengono raccolti dati sufficienti per produrre immagini di oltre il 95% della sua superficie. MESSENGER osserva anche il massimo solare del 2012.
L'obiettivo della missione è realizzare una mappatura completa del pianeta, studiare la composizione chimica della sua superficie e della sua esosfera , la sua storia geologica, la sua magnetosfera , le dimensioni e le caratteristiche del suo nucleo nonché l'origine del suo magnetismo campo .
La fine della missione, inizialmente fissata a marzo 2011, viene spinto indietro due volte a aprile 2015, e nella fase finale, la sonda spaziale viene posta in un'orbita più ravvicinata, consentendo di allungare il tempo di osservazione dei suoi strumenti e di aumentare la risoluzione dei dati. MESSENGER, dopo aver esaurito i propellenti utilizzati per mantenere la sua orbita, si schianta al suolo di Mercurio su30 aprile 2015.
Durante la sua missione, MESSENGER scatta più di 277.000 foto, alcune delle quali con una risoluzione di 250 metri per pixel, e consente di produrre mappe della sua composizione complessiva, un modello tridimensionale della magnetosfera, la topografia dell'emisfero settentrionale e caratterizzano gli elementi volatili presenti nei crateri costantemente ombreggiati dei poli.
BepiColomboDagli anni 2000, l' Agenzia Spaziale Europea progetta in collaborazione con l' Agenzia Spaziale Giapponese una missione chiamata BepiColombo. Questo prevede di posizionare due sonde in orbita attorno a Mercurio: una per lo studio dell'interno e della superficie del pianeta ( Mercury Planetary Orbiter ), sviluppata dall'ESA, e l'altra per studiarne la magnetosfera ( Mercury Magnetospheric Orbiter ), sviluppata da JAXA . Viene pianificato un progetto per inviare un lander a bordo con la missione e poi abbandonato, per motivi di budget. Queste due sonde vengono inviate da un lanciatore Ariane 5 su20 ottobre 2018. Dovrebbero unirsi a Mercurio circa otto anni dopo, alla fine del 2025, utilizzando, come le sonde precedenti, l'assistenza gravitazionale . La sua missione principale durerà fino almaggio 2027, con possibile proroga fino al maggio 2028.
Il programma BepiColombo si propone di rispondere a una decina di domande che si pongono gli astronomi, in particolare sulla magnetosfera e sulla natura del nucleo di Mercurio (liquido o solido), l'eventuale presenza di ghiaccio sul fondo di crateri costantemente in ombra, del formazione del Sistema Solare e dell'evoluzione in generale di un pianeta in prossimità della sua stella . Verranno inoltre effettuate misurazioni molto precise del movimento di Mercurio, al fine di verificare la teoria della relatività generale , l'attuale spiegazione della precessione del perielio osservata nella sua orbita.
Il pianeta Mercurio è un luogo ricorrente nelle opere di fantascienza . Temi comuni legati a questo pianeta includono i pericoli di essere esposti alla radiazione solare e la possibilità di sfuggire a radiazioni eccessive rimanendo nel lento terminatore del pianeta (il confine tra il giorno e la notte), soprattutto per le opere scritte prima del 1965 , quando ancora si pensava che Mercurio possedeva una rotazione sincrona 1:1 con il Sole (e quindi aveva un fronte costantemente al sole), come in un circolo vizioso di Isaac Asimov , o nelle notizie di Leigh Brackett . Un altro tema trattato è quello dei governi autocratici o violenti, ad esempio Rendezvous with Rama di Arthur C. Clarke . Sebbene questi conti siano fittizi, secondo gli studi pubblicati inmarzo 2020, è possibile ritenere che parti del pianeta possano essere state abitabili . Pertanto, sul pianeta potrebbero essere esistite forme di vita reali, sebbene probabilmente microrganismi primitivi.
Inoltre, un cratere al polo nord e al polo sud di Mercurio, potrebbe essere uno dei migliori posti alieni per stabilire una colonia umana, dove la temperatura rimarrà costante intorno ai -200 °C . Ciò è dovuto ad un'inclinazione assiale quasi nulla del pianeta, e al vuoto quasi perfetto sulla sua superficie, impedendo l'ingresso di calore dalle porzioni illuminate dal Sole. Inoltre, in questi crateri si trova ghiaccio, che consente l'accesso all'acqua per la colonia.
Una base altrove sarebbe esposta, in un giorno mercuriano (per circa due mesi terrestri), all'intenso calore del Sole , quindi durante un identico periodo notturno, sarebbe priva di qualsiasi fonte di calore esterna: sperimenterebbe quindi delle temperature. diurne di 430 °C e notturne di -180 °C . Tuttavia, per evitare queste variazioni termiche, gli impianti potrebbero essere interrati sotto diversi metri di regolite che, nel vuoto, fungerebbe sia da isolamento termico che da schermo antiradiazione. Approcci simili sono stati proposti per la creazione di basi sulla Luna , che ha una luce diurna di due settimane, seguita anche da una notte di due settimane. In generale, la colonizzazione di Mercurio presenta alcune somiglianze con quella della Luna, a causa del loro periodo relativamente lungo intorno al Sole, della loro inclinazione quasi nulla e della loro assenza di atmosfera: la colonizzazione di Mercurio potrebbe avvenire con quasi le stesse tecnologie. Mercurio avrebbe addirittura un vantaggio sulla Luna: la gravità sul pianeta essendo il 38% di quella della Terra, questo è sufficiente per impedire agli astronauti la riduzione della massa ossea che si verifica in un ambiente a gravità molto bassa.
Inoltre, essendo il pianeta vicino al Sole, sarebbe possibile catturare grandi quantità di energia durante il giorno, per poi utilizzarla di notte. D'altra parte, la protezione di robot e veicoli dal calore della stella potrebbe porre molte più difficoltà, portando a una limitazione delle attività di superficie durante il giorno oa una protezione termica molto importante.
Un'altra soluzione è citata nei romanzi e nei racconti di Kim Stanley Robinson , in particolare in The Mars Trilogy (1996) e 2312 (2012), dove Mercurio ospita una vasta città chiamata Terminator, popolata da un gran numero di artisti e musicisti. Per evitare pericolose radiazioni solari , la città circonda l'equatore del pianeta su rotaie ad una velocità che segue la rotazione del pianeta, in modo che il sole non si alzi mai completamente sopra l'orizzonte. Una città situata sul lato oscuro del pianeta, e seguendo la lenta rotazione del pianeta su rotaie per precedere il sole è quindi una soluzione davvero prevista.
Infine, una colonizzazione di Mercurio sarebbe di interesse economico, perché vi risiedono concentrazioni di minerali molto più elevate che su tutti gli altri pianeti del Sistema Solare.
" La crosta di Mercurio è più simile a una torta marmorizzata che a una torta a strati "
“ Sean C. Solomon, l'investigatore principale di MESSENGER, ha detto che lì c'era abbastanza ghiaccio da racchiudere Washington, DC, in un blocco ghiacciato profondo due miglia e mezzo. "
“Il simbolo di Mercurio rappresenta il Caduceo, una bacchetta con due serpenti attorcigliati intorno, che veniva portata dal messaggero degli dei. "
.: documento utilizzato come fonte per questo articolo.