Neue Entdeckungen auf Merkur

Merkurs Magnetfeld ist "lebendig."  Vulkanschlote umgeben das riesige Caloris Basin des Planeten. Und Merkur ist stärker geschrumpft als ehemals angenommen.

Dies sind nur einige der neuen Entdeckungen, die NASAs MESSENGER Raumschiff gemacht hat, das am 14. Januar 2008 am Merkur vorbeiflog.  Die Ergebnisse werden heute als Serie von 11 Artikeln, in einer Spezialausgabe des Magazins "Science", veröffentlicht.

Sechs der Artikel berichten von Untersuchungen der Planetenoberfläche -- der Farben, der Mineralogie und der Form des Geländes. Das Bild unten zeigt beispielsweise Hinweise auf Vulkanschlote, die sich entlang der Kanten des Caloris Basins befinden, eines der größten und jüngsten Einschlagsbecken in unserem Sonnensystem:

Oben: Ein Farbbild des Caloris Basins und der umliegenden Gebiete. Orangefarbene Stellen innerhalb des Caloris Basins zeigen vulkanisch aktive Gebiete. Courtesy of Science/AAAS [Größeres Bild] [Mehr]

"Indem es Mariner 10 und MESSENGER Daten kombinierte, war das wissenschaftliche Team in der Lage, eine umfangreiche geologische Geschichte, des gesamten Caloris Basins zu rekonstruieren", sagt James Head von der Brown University, Autor einer der Science Artikel. "Das Becken bildete sich durch den Einschlag eines Asteroiden oder Kometen, während einer Zeit heftigen Bombardements, während der ersten Milliarden Jahre in der Geschichte des Sonnensystems. Genau wie bei den Meeren auf dem Mond, folgte darauf eine Phase der vulkanischen Aktivität, was Lavaflüsse verursachte, die das Becken füllten. Der Vulkanismus ist für das vergleichsweise leichte, rote Material verantwortlich, welches mit den [neueren] Ablagerungen der Einschlagskrater vermischt ist."

Die Entdeckung von Vulkanschloten um Caloris herum löst eine alte Debatte unter Planetenwissenschaftlern auf: Werden die glatten Ebenen auf Merkur, wie der Boden des Caloris Basins, durch ausbrechende Lava oder einen anderen Prozess hervorgerufen? Die Lava hat das Rennen gemacht. 

Rechts: Nahe dem Rand des Caloris Basins befindet sich dieses breite, Kuppel- oder Schildförmige Gebilde, von dem man annimmt, dass es ein Vulkan ist. Der helle Halo, der die nierenförmige Senke umgibt, besteht möglicherweise aus Ablagerungen von einem Vulkanausbruch.  Courtesy of Science/AAAS [Größeres Bild] [Diagramm]

Eines der aufregendsten Ergebnisse hat mit Merkurs Magnetfeld zu tun. Bis zu dem Zeitpunkt in den 1970er Jahren, als Mariner 10 das Magnetfeld des Merkur entdeckte, war die Erde der einzige bekannte, terrestrische Planet, von dem man wusste, dass er ein globales Magnetfeld besitzt. Der Magnetismus der Erde wird durch den heißen, flüssigen Eisenkern, durch einen Mechanismus den man magnetischen Dynamo nennt, hervorgerufen. Forscher waren verwundert über das Magnetfeld von Merkur, weil man davon ausging, dass sein Eisenkern schon vor langer Zeit ausgekühlt ist, und damit aufhörte Magnetismus hervorzurufen. Einige Forscher glaubten, dass das Feld vielleicht ein Überbleibsel der Vergangenheit war, dass in der äußeren Kruste eingefroren ist.  

MESSENGER Daten zeigen etwas anderes: Merkurs Magnetfeld scheint durch einen aktiven Dynamo, im Kern des Planeten erzeugt zu werden. Es ist kein Überbleibsel.

"MESSENGERs Messungen deuten darauf hin, dass Merkurs Magnetfeld, wie auch das der Erde, zumeist Bipolar ist, was heißt, dass es einen magnetischen Nord- und Südpol hat", sagt Brian Anderson von der Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Md. "Die Tatsache, dass es Bipolar ist, und dass wir keine Hinweise auf Anomalien bei kürzeren Wellenlängen fanden, was ein Zeichen für eine magnetische Kruste gewesen wäre, unterstützt die Theorie, dass wir es mit einem modernen Dynamo zu tun haben. Wir sind gespannt auf den Vorbeiflug im Oktober und das Jahr im Orbit, um zu schauen, ob dies auch anderswo auf dem Planeten so ist, und wir bestätigen können, dass das Feld vom Kern stammt."

Rechts: Ein Krater, der durch einen gelappten Abhang verformt ist. Weitere Beispiele. Courtesy of Science/AAAS

Merkurs Kern macht bis zu 60% seiner Masse aus, was mindestens zweimal soviel ist, wie bei jedem anderen Planeten. Die Abkühlung dieses übergroßen Kerns hat zu einer bemerkenswerten Kontraktion des Planeten geführt, die sich als klippen-artige "Falten", genannt gelappte Abhänge (Bild Rechts), zeigen. Der leitende Forscher on MESSENGER, Sean Solomon von der Carnegie Institution of Washington, erklärt:

"Die bestimmende tektonische Landform auf Merkur sind gelappte Abhänge, riesige Klippen, welche die Spitzen von Bruchlinien der Kruste bezeichnen, die sich während der Kontraktion des Gebietes bildeten. Sie zeigen uns wie wichtig der abkühlende Kern für die Entwicklung der Oberfläche war. Nach dem Ende des heftigen Bombardements, trieb die Abkühlung nicht nur den magnetischen Dynamo an, sondern führte auch zu einer Kontraktion des gesamten Planeten. Und die Daten vom Vorbeiflug zeigen, dass diese Kontraktion mindestens ein Drittel größer war, als wir dies vorher angenommen hatten."

Der Vorbeiflug ermöglichte auch die ersten Beobachtungen von geladenen Teilchen, in Merkurs einzigartiger Exosphäre. Die Exosphäre ist eine ultra-dünne Atmosphäre, in der die Moleküle so weit voneinander entfernt sind, dass sie eher mit der Oberfläche des Planeten, als untereinander kollidieren. Das Material in der Exosphäre stammt hauptsächlich von der Oberfläche des Merkur selber, und wurde durch Sonnenstrahlung, Bombardement des Sonnenwindes und der Verdampfung von Meteoroiden herausgesprengt:

"MESSENGER war in der Lage, Merkurs Exosphäre in drei Gebieten zu beobachten -- auf der Tagseite, an der Tag/Nacht Grenze und entlang seines 40.000 km langen Natrium Schweifs", sagt Bill McClintock von der University of Colorado. "Atome aus Wasserstoff, Helium, Natrium, Kalium und Kalzium wurden in der Exosphäre gefunden, und ganz sicher existieren dort auch noch weitere Elemente. Diese Atome werden durch den Druck der Sonnenstrahlung vom Merkur weg beschleunigt, und bilden einen langen Schweif aus Atomen, welche sich von der Sonne weg bewegen. Ihre Menge unterscheidet sich jedoch, je nachdem ob es Nacht oder Tag ist, durch Effekte vom Magnetfeld und dem Sonnenwind, und möglicherweise auch durch den Breitengrad."

"Merkurs Exosphäre ist bemerkenswert aktiv", sagt er.

Eine weitere wissenschaftliche Überraschung beinhaltet Merkurs Magnetosphäre -- die magnetische Blase, welche den Planeten umgibt. Thomas Zurbuchen von der University of Michigan erklärt: "Merkurs Magnetosphäre enthält viele [Arten geladener Teilchen], sowohl Atome als auch Moleküle. Was eine Art 'Merkur Plasma Nebel' ist, ist wesentlich komplexer als der Plasma Torus von Io, im Jupiter System." Die Zusammensetzung des Nebels stimmt nicht mit der des Sonnenwinds überein, was die Forscher darauf schließen lässt, "dass dieses Material von der Oberfläche des Planeten stammt. Diese Beobachtung bedeutet, dass durch diesen Vorbeiflug, der erste Blick auf die Zusammensetzung der Oberfläche geworfen werden konnte."

Rechts: Daten von MESSENGERS FIPS Sensor enthüllen die Zusammensetzung von Merkurs Plasma Nebel.  Courtesy of Science/AAAS [Größeres Bild] [Mehr]

"Wenn man sich den Planeten am Himmel anschaut, sieht er aus wie ein einfacher Lichtpunkt", bemerkt der MESSENGER Projektwissenschaftler Ralph McNutt vom APL. "Aber wenn man Merkur, mit Hilfe von MESSENGERs 'Sinnen' betrachtet, die bei unterschiedlichen Wellenlängen schauen, seine magnetischen Eigenschaften fühlen und seine Oberfläche berühren, erhält man ein komplexes System, und nicht bloß einen Ball aus Felsen und Metall."

"Es ist bemerkenswert, dass diese Menge an Daten aus nur zwei Beobachtungstagen, lediglich 30 Minuten Messungen der Magnetosphäre und Exosphäre des Planeten, und weniger als zehn Minuten Höhenmessungen und Sammlung weitere Daten, zum Zeitpunkt der größten Annäherung, stammen", fügt Solomon hinzu. "MESSENGERs Vorbeiflug war ein großer Erfolg." 

Und dies ist erst der Anfang. Zwei weitere Vorbeiflüge sind für Oktober 2008 und September 2009 geplant. Dann, im Jahr 2011, wird MESSENGER in eine Umlaufbahn um Merkur einschwenken. Es liegen aufregende Zeiten vor uns. Bleiben Sie dran für Updates auf Science@NASA.