Najbliži svjetlu i najmanjem planetu Sunčevog sustava još uvijek je misterija. Poput Zemlje i četiri plinska diva - Jupiter, Saturn, Uran i Neptun, Merkur ima svoju magnetosferu. Nakon istraživanja stanice MESSENGER (površina Merkura, svemirsko okruženje, GEohemija), priroda ovog magnetskog sloja počela je postajati jasna. Glavni rezultati misije već su uključeni u monografije i udžbenike. Kako je mali planet uspio sačuvati magnetosferu.
Da bi nebesko tijelo imalo vlastitu magnetosferu potreban je izvor magnetskog polja. Prema većini znanstvenika, ovdje se aktivira dinamov efekt. U slučaju Zemlje, izgleda ovako. U utrobama planeta nalazi se metalna jezgra s čvrstim središtem i tekućom školjkom. Zbog raspada radioaktivnih elemenata oslobađa se toplina, što dovodi do stvaranja konvektivnih protoka vodljive tekućine. Ove struje generiraju magnetsko polje planeta.
Polje komunicira sa solarnim vjetrom - strujama nabijenih čestica iz zvijezde. Ova kozmička plazma nosi sa sobom svoje magnetsko polje. Ako magnetsko polje planeta podnosi pritisak sunčevog zračenja, tj. Odbije ga na značajnoj udaljenosti od površine, onda kažu da planeta ima vlastitu magnetosferu. Pored Merkura, Zemlje i četiri plinska velikana, Ganymede, najveći satelit Jupitera, ima i magnetosferu.
U ostatku planeta i mjeseci Sunčevog sustava zvjezdani vjetar ne nailazi na praktično nikakav otpor. To se događa, na primjer, na Veneri i, najvjerojatnije, na Marsu. Priroda zemljinog magnetskog polja još se uvijek smatra glavnom misterijom geofizike. Albert Einstein smatrao ga je jednim od pet najvažnijih zadataka znanosti.
To je zbog činjenice da iako je teorija geodinama praktički neosporna, uzrokuje velike poteškoće. Prema klasičnoj magnetohidrodinamici, dinamov efekt trebao bi propadati, a jezgra planeta treba se ohladiti i stvrdnuti. Još uvijek ne postoji precizno razumijevanje mehanizama pomoću kojih Zemlja održava učinak samogeneracije dinamo zajedno s promatranim značajkama magnetskog polja, prije svega geomagnetskim anomalijama, migracijom i preokretom pola.
Poteškoća kvantitativnog opisa najvjerojatnije je posljedica u osnovi nelinearne prirode problema. U slučaju Merkura, problem s dinamom još je akutniji nego na Zemlji. Kako je tako mali planet zadržao vlastitu magnetosferu? Znači li to da je njegova jezgra još uvijek u tekućem stanju i stvara dovoljno topline? Ili postoje neki posebni mehanizmi koji omogućuju nebeskom tijelu da se zaštiti od sunčevog vjetra?
Merkur je oko 20 puta lakši i manji od Zemlje. Prosječna gustoća je usporediva sa zemljom. Godina traje 88 dana, ali nebesko tijelo nije u plimnom zarobljavanju sa Suncem, već se rotira oko vlastite osi u razdoblju od oko 59 dana. Merkur se od ostalih planeta Sunčevog sustava razlikuje po relativno velikoj metalnoj jezgri - ona čini oko 80 posto radijusa nebeskog tijela. Za usporedbu, zemljino jezgro zauzima samo oko pola svog radijusa.
Magnetsko polje Merkura otkrilo je 1974. godine američka stanica Mariner 10, koja je zabilježila rafale visokoenergetskih čestica. Magnetsko polje nebeskog tijela najbliže Suncu oko sto je puta slabije od zemaljskog, u potpunosti bi se uklopilo u sferu veličine Zemlje i, poput našeg planeta, formirano je dipolom, odnosno ima dva, a ne četiri, poput plinskih divova, magnetske stupove.
Promotivni video:
Foto: Laboratorij primijenjene fizike sa Sveučilišta Johns Hopkins / Carnegie Institucija u Washingtonu / NASA
Prve teorije koje su objasnile prirodu magnetosfere Merkura predložene su u 1970-ima. Većina njih temelji se na dinamovom učinku. Ovi su modeli provjereni od 2011. do 2015. godine, kada je postaja MESSENGER proučavala planet. Podaci dobiveni od uređaja otkrili su neobičnu geometriju magnetosfere Merkura. Osobito se u blizini planeta magnetsko ponovno povezivanje - međusobno preusmjeravanje unutarnjih i vanjskih linija sile magnetskog polja - dešava desetak puta češće.
To dovodi do stvaranja mnogih praznina u magnetosferi Merkura, omogućujući sunčevom vjetru da gotovo nesmetano dospije do površine planeta. Osim toga, MESSENGER je otkrio ostatke u kore nebeskog tijela. Koristeći ove podatke, znanstvenici su procijenili donju granicu prosječne starosti Merkurovog magnetskog polja na 3,7-3,9 milijardi godina. To, kako su znanstvenici primijetili, potvrđuje valjanost dinamovog efekta za formiranje globalnog magnetskog polja planete, kao i prisutnost tekuće vanjske jezgre u njemu.
U međuvremenu, pitanje strukture Merkura ostaje otvoreno. Moguće je da vanjski sloj njegove jezgre sadrži metalne pahuljice - željezni snijeg. Ova je hipoteza vrlo popularna jer, objašnjavajući Merkurovu vlastitu magnetosferu istim dinamo-efektom, omogućava niske temperature i kvazi-čvrstu (ili kvazi-tekuću) jezgru unutar planeta.
Foto: Carnegie institucija iz Washingtona / JHUAPL / NASA
Poznato je da su jezgre zemaljskih planeta formirane uglavnom željezom i sumporom. Također je poznato da sumporni udjeli smanjuju talište jezgre, ostavljajući ga tekućim. To znači da je za održavanje dinamovog učinka potrebno manje topline, koju Merkur već proizvodi premalo. Prije gotovo deset godina geofizičari, provodeći niz eksperimenata, pokazali su da pod uvjetima visokog tlaka željezni snijeg može pasti prema središtu planeta, a tekuća mješavina željeza i sumpora može se dizati prema njemu iz unutarnje jezgre. To može stvoriti dinamo efekt u utrobi Merkura.
Podaci MESSENGER-a potvrdili su ove nalaze. Spektrometar instaliran na stanici pokazao je izuzetno nizak sadržaj željeza i drugih teških elemenata u vulkanskim stijenama planete. U tankom sloju Merkurovog plašta gotovo da nema željeza, a formiraju ga uglavnom silikati. Čvrsto središte čini oko polovice (oko 900 kilometara) radijusa jezgre, ostatak je zauzet rastaljenim slojem. Između njih, najvjerojatnije, postoji sloj u kojem se metalne ljuskice kreću od vrha do dna. Gustoća jezgre je oko dva puta veća od plašta, a procjenjuje se na sedam tona po kubnom metru. Sumpor, vjeruju znanstvenici, čini oko 4,5 posto mase jezgre.
MESSENGER je otkrio brojne nabore, zavoje i rasjede na površini Merkura, zbog čega je moguće izvesti nedvosmislen zaključak o tektonskoj aktivnosti planeta u nedavnoj prošlosti. Struktura vanjske kore i tektonika, prema znanstvenicima, povezani su s procesima koji se odvijaju u utrobi planeta. MESSENGER pokazao da je magnetsko polje planeta jače na sjevernoj hemisferi nego na južnoj. Sudeći prema zemljopisnoj karti koju je sastavio aparat, debljina kore u blizini ekvatora u prosjeku je 50 kilometara veća nego na polu. To znači da se silikatni plašt na sjevernim širinama planeta zagrijava jače nego u njegovom ekvatorijalnom dijelu. Ti se podaci odlično slažu s otkrićem relativno mladih zamki na sjevernim širinama. Iako je vulkanska aktivnost na Merkuru prestala prije otprilike 3,5 milijardi godina, trenutna slika toplinske difuzije u plaštu planete uglavnom jenajvjerojatnije određen njezinom prošlošću.
Konkretno, konvektivni tokovi i dalje mogu postojati u slojevima uz jezgru planeta. Tada će temperatura plašta ispod sjevernog pola planete biti za 100-200 stupnjeva Celzija viša nego ispod ekvatorijalnih regija planete. Štoviše, MESSENGER je otkrio da je zaostalo magnetsko polje jednog od dijelova sjeverne kore usmjereno u suprotnom smjeru u odnosu na globalno magnetsko polje planeta. To znači da se u prošlosti na Merkuru dogodila inverzija barem jednom - promjena polariteta magnetskog polja.
Samo su dvije stanice detaljno istražile Merkur - Mariner 10 i MESSENGER. I ovaj je planet, prvenstveno zbog vlastitog magnetskog polja, od velikog interesa za znanost. Objašnjavajući prirodu njegove magnetosfere, to možemo gotovo sigurno učiniti za Zemlju. U 2018. Japan i EU planiraju poslati treću misiju u Merkur. Dvije će stanice letjeti. Prvo, MPO (Mercury Planet Orbiter) sastavit će viševalasnu mapu površine nebeskog tijela. Drugi, MMO (Merkur magnetosferni orbiter), istražit će magnetosferu. Trebat će dugo čekati prve rezultate misije - čak i ako se početak dogodi 2018. godine, a odredište stanice bit će postignuto tek 2025. godine.
Jurij Suhov