Quecksilber ist dünnhäutig und faltig und voller Überraschungen

Bis vor relativ kurzer Zeit war Merkur einer der am wenigsten verstandenen Planeten im inneren Sonnensystem. Neue Ergebnisse des Mercury Laser Altimeter (MLA) und der Schwerkraftmessungen zeigen uns, dass der Planet, der unserer Sonne am nächsten liegt, dünnhäutig und faltig ist, was sich sehr von dem unterscheidet, was wir ursprünglich dachten.

Das Raumschiff MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry und Ranging (MESSENGER) wurde bereits 2004 gestartet. Es dauerte lange, bis es sein Ziel erreichte und vor etwas mehr als einem Jahr drei Vorbeiflüge an Quecksilber absolvierte, bevor es schließlich in die Umlaufbahn gelangte. Derzeit befindet sich das Raumschiff in einer stark exzentrischen polaren Umlaufbahn und nähert sich dem Planeten im Norden viel näher als im Süden. Dies ermöglicht es, die nördliche Hemisphäre mit beneidenswert hohen Auflösungen zu untersuchen und abzubilden, lässt jedoch die südliche Hemisphäre schlecht verstanden.

Trotzdem zeigen uns die von MESSENGER zurückgegebenen Daten einige ziemlich unerwartete Ergebnisse. Zwei Artikel des MESSENGER-Teams, die in der heutigen Ausgabe von Science veröffentlicht wurden, zeigen einige überraschende Ergebnisse aus den Experimenten mit Laserhöhenmesser und Schwerkraft.

Mithilfe des Deep Space Network der NASA konnten mithilfe der erdgestützten Funkverfolgung von MESSENGER winzige Änderungen in der Umlaufbahn des Raumfahrzeugs überwacht und aufgezeichnet werden. Daraus berechneten Dr. Maria Zuber vom MIT und ihr Team ein Modell der Schwerkraft von Merkur. Inzwischen hat der integrierte Laserhöhenmesser wertvolle topografische Informationen geliefert. Zusammengenommen haben diese Daten es dem MESSENGER-Team ermöglicht, zahlreiche Informationen über das Innenleben des Planeten zu erhalten.

Eine der auffälligsten Erkenntnisse ist, dass der eisenreiche Kern von Quecksilber sehr groß ist. Eine Kombination von Messungen und Modellen legt nahe, dass der Kern sowohl einen festen inneren Teil als auch einen flüssigen äußeren Teil aufweist. Und obwohl nicht sicher ist, wie viel des Kerns fest und wie viel flüssig ist, ist klar, dass der gesamte Kern einen Radius von etwa 2030 km hat. Dies ist ein riesiger Kern, der 83% des 2440 km langen Radius von Mercury ausmacht!

Darüber hinaus legen diese Berechnungen nahe, dass die Schicht über dem Kern viel dichter ist als bisher erwartet. Die Ergebnisse des Röntgenspektrometers von MESSENGER zeigen, dass die Kruste und damit auch der Mantel zu eisenarm sind, um diese hohe Dichte zu erklären. Das Team von Dr. Zuber ist der Ansicht, dass die einzige Möglichkeit, diese Diskrepanz zu erklären, das Vorhandensein einer festen Eisen-Schwefel-Schicht direkt über dem Kern ist. Eine solche Schicht könnte zwischen 20 und 200 km dick sein und nur eine sehr dünne Kruste und einen Mantel oben hinterlassen. Diese Art der inneren Struktur unterscheidet sich völlig von dem, was ursprünglich für Merkur vorgeschlagen wurde, und es ist nichts anderes als das, was wir auf den anderen Planeten gesehen haben!

Diese bemerkenswerte Tatsache könnte dazu beitragen, einige unerwartete Höhenmesserergebnisse zu erklären, die zeigen, dass die Topographie von Merkur weniger variiert als andere Planeten. Der Gesamtunterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Erhebung auf Merkur beträgt nur 9,85 km. Mittlerweile hat der Mond eine Gesamtdifferenz von 19,9 km zwischen seinem höchsten und niedrigsten Punkt, und auf dem Mars beträgt diese Differenz 30 km. Zuber und ihr Team spekulieren, dass das Vorhandensein des Kerns in der Nähe der Oberfläche den Mantel heiß halten und topografische Merkmale entspannen könnte. In einem solchen Szenario würde die Lithosphäre unter hohen, von einem Aufprall geformten Bergen in einen matschigen Mantel sinken, der ihr Gewicht nicht tragen kann. Umgekehrt würde die dünne Lithosphäre unter den Aufprallbecken nach oben zurückprallen und Teil des mobilen Mantels sein.

Tatsächlich zeigen die Schwerkraftdaten Hinweise auf genau diese Art von Prozess in Form von „Mascons“. Diese Massenkonzentrationen entstehen, wenn große Imakte die lokale Kruste sehr dünn machen, wodurch dichteres Mantelmaterial näher an die Oberfläche aufsteigen kann, wenn die Lithosphäre vom Aufprallereignis zurückprallt. Mascons sind aus Studien auf dem Mond und dem Mars bekannt, und jetzt haben die Schwerkraftdaten von MESSENGER drei solcher Mascons auf Merkur in den Becken von Caloris, Sobkou und Budh ergeben.

Interessanterweise sind die Mascons in den Becken von Sobkou und Budh nicht sofort erkennbar. Sie werden nur angezeigt, wenn die Auswirkungen eines regionalen topografischen Hochs angepasst werden. Dieses topografische Merkmal ist ein großer quasi-linearer Anstieg, der sich in den mittleren Breiten über die Hälfte des Umfangs von Merkur erstreckt. Der Anstieg verläuft sogar durch das nördliche Teil des Caloris-Beckens (das groß genug ist, dass sein Mascon vom Anstieg nicht überwältigt wird). Studien des MESSENGER-Teams über diesen Anstieg legen nahe, dass er relativ jung ist und sich gut nach der Bildung der Becken, nach der vulkanischen Überflutung ihrer Innen- und Außenbereiche und sogar nach einigen der späteren Einschlagkrater, die die überfluteten Oberflächen bedecken, gebildet hat.

Dr. Zuber und ihr Team identifizierten auch eine andere junge topografisch erhöhte Region, den Northern Rise, der sich im Tiefland rund um den Nordpol befindet. Sie spekulieren, dass diese jungen Anstiege ein Knicken der Lithosphäre darstellen, was geschah, als sich das Innere des Planeten abkühlte und zusammenzog. Diese Interpretation wird durch das Vorhandensein von Lappen und Graten unterstützt, die rund um den Planeten zu sehen sind und die eine Verwerfung der Kruste darstellen, wenn sie komprimiert wurde.

Es scheint also, dass Merkur sich von den anderen Planeten des Sonnensystems unterscheidet. Es scheint einen unverhältnismäßig großen Kern zu haben, der von einer dünnen Haut aus Mantel und Lithosphäre bedeckt ist. Außerdem scheint diese Haut wie eine Rosine faltig zu sein, als der riesige Kern des Planeten beim Abkühlen schrumpfte.

Quellen
Gravitationsfeld und innere Struktur von Quecksilber von MESSENGER, Smith et al., Science V336 (6078), 214-217, 13. April 2012, DOI: 10.1126 / science.1218809

Topographie der nördlichen Quecksilberhalbkugel von MESSENGER Laser Altimetry, Zuber et al., Science V336 (6078), 217-220, 13. April 2012, DOI: 10.1126 / science.1218805

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