Rotacja i grawitacja Merkurego wskazują na zestalone wewnętrzne jądro pierwszej planety od Słońca

Jak można badać wnętrze planety nigdy nawet na niej nie lądując. Należy zacząć od obserwowania rotacji planety, a następnie obserwowania jak krążą wokół niej sondy. Wymaga to ogromnej precyzji. I to właśnie zrobili planetolodzy z NASA wykorzytując dane zebrane przez ostatnią sondę wysłaną do tej planety.

Od dawna wiadomo, że Merkury i Ziemia mają metaliczne jądra. Tak samo jak w przypadku Ziemi, zewnętrzna warstwa jądra Merkurego składa się z ciekłego metalu, ale jak dotąd można było jedynie przypuszczać, że wewnętrzna część jądra Merkurego jest stała. Teraz naukowcy z Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland odkryli dowody na to, że wewnętrzne jądro Merkurego jest faktycznie stałe i rozmiarami bardzo przypomina wewnętrzne jądro Ziemi.

Niektórzy naukowcy porównują Merkurego do kuli armatniej ponieważ jego metalowe jądro zajmuje niemal 85 procent objętości planety. Tak duże jądro – ogromne w porównaniu do pozostałych planet skalistych w naszym układzie planetarnym – od dawna stanowi jedną z bardziej intrygujących tajemnic Merkurego.

Odkrycie stałego wewnętrznego jądra Merkurego, opisane w periodyku Geophysical Research Letters, pozwala nam lepiej zrozumieć Merkurego, ale ma też większe konsekwencje. Sama wiedza o tym jak podobne oraz jak różne mogą być jądra planet może nam wiele powiedzieć o tym jak powstał układ słoneczny i jak ewoluują planety skaliste w czasie.

“Wnętrze Merkurego jest wciąż aktywne, z uwagi na ciekłe jądro, które napędza słabe (w porównaniu do ziemskiego) pole magnetyczne tej planety” mówi Antonio Genova, profesor na Uniwersytecie Sapienza w Rzymie, który kierował badaniami podczas pracy w NASA Goddard. “Wnętrze Merkurego ochłodziło się szybciej niż Ziemi. Merkury może nam pomóc przewidzieć jak pole magnetyczne Ziemi będzie się zmieniało wraz z ochładzaniem jej jądra”.

Aby dowiedzieć się z czego zbudowane jest jądro Merkurego, Genova wraz ze swoimi współpracownikami musiał, dosłownie, nieco się do niego zbliżyć. Badacze wykorzystali kilka obserwacji z sondy MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, GEochemistry and Ranging), aby zbadać wnętrze Merkurego, szczególną uwagę zwracając na tempo rotacji i grawitację planety.

Sonda MESSENGER weszła na orbitę wokół Merkurego w marcu 2011 roku i spędziła na niej cztery lat obserwując najbliższą słońcu planetę zanim została celowo rozbita o jej powierzchnię w kwietniu 2015 roku.

Grafika przedstawiająca wewnętrzną budowę Merkurego. Źródło: Antonio Genova

Obserwacje radiowe z MESSENGERa wykorzystano do określenia anomalii grawitacyjnych (obszarów lokalnych zagęszczeń masy) oraz położenia bieguna rotacji, dzięki czemu możliwe było zrozumienie orientacji planety w przestrzeni.

Każda planeta obraca się wokół swojej osi. Merkury rotuje znacznie wolniej niż Ziemia, a pełen obrót wokół osi zajmuje 58 ziemskich dni. Naukowcy często wykorzystują niewielkie odchylenia w rotacji obiektu, aby wyłuskać z nich informacje o jego budowie wewnętrznej. W 2007 roku obserwacje radarowe wykonane z Ziemi wykazały niewielkie przesunięcia rotacji Merkurego, tak zwaną librację, która dowodziła, że część jądra Merkurego musi składać się ze stopionego ciekłego metalu. Jednak same obserwacje tempa rotacji nie pozwoliły na dokładne zbadanie wewnętrznego jądra planety. Naukowcy zastanawiali się czy stałe jądro może skrywać się w jego wnętrzu.

Grawitacja może pozwolić odpowiedzieć na to pytanie. “Grawitacja jest silnym narzędziem do badania głębokiego wnętrza planety, ponieważ zależy ona od struktury gęstości planety” mówi Sander Goossens.

Podczas gdy MESSENGER krążył wokół Merkurego w trakcie swojej misji i zbliżał się coraz bardziej do jego powierzchni, naukowcy sprawdzali jak sonda przyspieszała pod wpływem grawitacji planety. Struktura gęstości planety może powodować niewielkie zmiany orbity sondy. W późniejszych okresach misji, MESSENGER krążył na wysokości 200 kilometrów nad powierzchnią oraz mniej niż 100 kilometrów w ostatnim roku misji. Ostatnie orbity na niskiej wysokości dostarczyły najlepszych danych i pozwoliły Genovie i jego zespołowi wykonanie najbardziej precyzyjnych pomiarów budowy wewnętrznej Merkurego.

Genova ze swoim zespołem wprowadził dane z MESSENGERa w zaawansowany program komputerowy, który umożliwił im dopasowanie parametrów i poznanie składu wnętrza Merkurego tak, aby pasował on do sposobu jego rotacji i przyspieszenia sondy znajdującej się na orbicie. Wyniki wskazały, że dane najbardziej odzwierciedla Merkury z dużym, stałym wewnętrznym jądrem. Badacze oszacowali, że stałe, żelazne jądro może mieć średnicę około 2000 kilometrów i i stanowi około połowę całego jądra Merkurego (około 4000 kilometrów średnicy). Dla porównania stałe jądro Ziemi ma średnicę 2400 kilometrów i stanowi ponad 1/3 całego jądra planety.

“Musieliśmy połączyć informacje z różnych dziedzin: geodezji, geochemii, mechaniki nieba i grawitacji, aby dowiedzieć się jaka jest budowa wewnętrzna Merkurego” mówi planetolog Erwan Mazarico z Goddard.

Fakt, że naukowcy musieli zbliżyć się do Merkurego, aby dowiedzieć się więcej o jego wnętrzu podkreśla konieczność wysyłania sond do innych planet. Tak precyzyjne pomiary rotacji i grawitacji Merkurego są po prostu niemożliwe do wykonania z Ziemi. Dodatkowo wyniki te opierają się na danych zbieranych przez sondę MESSENGER na przestrzeni kilku lat. Nowe odkrycia dotyczące Merkurego z pewnością czekają jeszcze w archiwach misji, a każde nowe odkrycie o naszym lokalnym sąsiedztwie planetarnym pozwala nam lepiej zrozumieć to co znajduje się dalej.

Źródło: NASA Goddard Space Flight Center

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.