Mercurius (planeet)

Mercurius is de planeet in het zonnestelsel met de kleinste en snelste baan om de zon. Het is de kleinste van de acht planeten, nauwelijks groter dan de Maan. Het is net als de Aarde een terrestrische planeet, met een vast oppervlak dat lijkt op de Maan. Opmerkelijk is dat deze kleine planeet een sterk magnetisch veld vertoont. Manen heeft Mercurius niet.

Omdat hij zichtbaar is met het blote oog wisten de Assyriërs en Sumeriërs al van zijn snelle omloop en associeerden ze hem met een snelle god. In de Romeinse mythologie gold dit ook en werd hij verbonden met de god Mercurius.

Karakteristieken

Zichtbaarheid 
De planeet Mercurius is vanaf de Aarde met het blote oog waarneembaar. Als binnenplaneet staat Mercurius echter aldoor aan het firmament in de ochtend- of avondschemer in de nabijheid van de opkomende of ondergaande zon. Ze is veel minder opvallend dan de andere, veel helderder binnenplaneet Venus. Daardoor wordt de waarneming vaak door het directe zonlicht en door atmosferische omstandigheden bemoeilijkt. Over de astronoom Copernicus wordt beweerd dat hij op zijn sterfbed zou hebben verzucht Mercurius nimmer te hebben waargenomen.

Baan 
Van alle planeten in het zonnestelsel beschrijft Mercurius de baan met de grootste excentriciteit (e = 0,21). De afstand tot de zon schommelt zo tussen 46 en 70 miljoen kilometer. De verhouding in duur tussen jaar en dag bedraagt als gevolg van spin-baanresonantie 3:2, en blijft stabiel door de excentriciteit van de baan: tijdens het perihelium staat de zon vrijwel stil aan de Mercuriushemel. Dan is ook de getijdenwerking van de zon het sterkst.

Hoewel de banen van Mars en Venus dichter bij die van de Aarde liggen, staat Mercurius bijna de helft van de tijd dichter bij de Aarde: 46%. Venus en Mars staan gedurende 36 en 18% van de tijd het dichtstbij. Mercurius is zelfs voor alle planeten het langst de meest nabije soortgenoot. Dit is te begrijpen met een gedachte-experiment: In het hypothetische geval dat de planeten in een rechte lijn aan een kant van de zon staan en de aarde aan de andere kant, is Mercurius het dichtstbij omdat die de kleinste baan om de zon draait. De zon staat per definitie op 1 astronomische eenheid (AE) van de aarde, voor Venus is dat gemiddeld 0,7 AE en voor Mercurius 0,39 AE.

Het baanvlak van Mercurius helt 7° ten opzichte van het baanvlak van de Aarde. De as van Mercurius helt maar 0,027° ten opzichte van een loodlijn op het baanvlak. Dat is de kleinste hoek van alle planeten. Dit betekent dat voor een waarnemer op een van Mercurius' polen het midden van de zon nooit meer dan 2,1 boogminuten boven de horizon uitkomt.

Op minder dan vier dagen van het perihelium is de omloopsnelheid van Mercurius in zijn baan om de zon hoger dan zijn rotatiesnelheid om de eigen as.

In de 19de eeuw merkte Urbain Le Verrier al op dat de baan van Mercurius geen ellips was, zoals de wetten van Kepler voorschrijven vanuit de wetten van Newton, maar dat de baan een rozet beschrijft. De ellipsvorm is namelijk in beweging en draait rond de zon. Er treedt precessie op van het perihelium, die 574 boogseconden per eeuw bedraagt. Dit wordt voor slechts 92,5% verklaard door de wetten van Newton, als gevolg van de invloed van de zwaartekracht van de andere planeten op de baan van Mercurius. Men vermoedde dat de zwaartekracht van een onbekende planeet, of planetoïdengordel tussen Mercurius en de zon nog 7,5% van de periheliumprecessie zou veroorzaken en men zocht vergeefs naar deze planeet, die al een naam had: Vulcanus (planeet). Een verklaring voor de resterende 43 boogseconden per eeuw leverde Albert Einstein in 1915 met zijn algemene relativiteitstheorie. Door de massa van de zon is de ruimtetijd namelijk ‘gekromd’, zodat de straal van een cirkel rondom de zon groter is dan de omtrek gedeeld door 2π. Dit verschijnsel van periheliumverschuiving door de ruimtetijdskromming komt ook bij andere planeten voor, maar in mindere mate, 3,84" per eeuw voor de Aarde bijvoorbeeld.

Temperatuur en zonlicht 
Mercurius kent enorme temperatuurverschillen tussen dag en nacht. Overdag loopt de temperatuur op tot zo'n 700 K (427 °C), overigens minder hoog dan op Venus, en 's nachts daalt zij tot 100 K (−170 °C). Een oorzaak hiervan ligt in de rotatietijd: een aswenteling duurt ruim 58 aardse dagen (2/3 van de omlooptijd). In combinatie met de omloop om de zon in 88 dagen duurt één dag op Mercurius ruim 176 aardse dagen. Vroeger dacht men dat de rotatieperiode ook 88 dagen bedroeg. De hoogte van de maximumtemperatuur komt door de relatief korte afstand tot de zon en de grote verschillen door het (vrijwel) ontbreken van een atmosfeer. Het zonlicht op Mercurius' oppervlak is ongeveer negen keer zo intens als op de Aarde, omdat Mercurius drie keer zo dicht bij de zon staat.

Atmosfeer 
De atmosfeer van Mercurius is erg ijl, 10−12 bar, en bestaat voornamelijk uit sporen van zuurstofgas, natrium en waterstofgas die snel in de ruimte ontsnappen. De verblijftijd van een natriumatoom in de atmosfeer bedraagt drie uur. Dit verlies wordt continu gecompenseerd door de zonnewind die wordt ingevangen door het magnetisch veld en damp die vrijkomt bij inslaande meteorieten. Door de ijle atmosfeer is de hemel zowel 's nachts als overdag zwart. Doordat Mercurius drie keer zo dicht bij de zon staat als de Aarde verschijnt de zon er ongeveer 2,5 maal zo groot aan de hemel. De best zichtbare planeet vanaf Mercurius is Venus, die met een magnitude van ongeveer −6,6 als helderste object aan de nachtelijke Mercuriushemel staat. De Aarde en de maan zijn er ook prominent aanwezig met een magnitude van respectievelijk −5,2 en −1,2.

Magnetosfeer 
Mercurius heeft een relatief sterk magnetisch veld met 1 procent van de magnetische veldsterkte van het aardmagnetisch veld. Mogelijk wordt dit magnetisch veld, net als dat van de Aarde, opgewekt door een dynamo van circulerend vloeibaar kernmateriaal. Waarnemingen met radar wijzen op een ten minste gedeeltelijk vloeibare kern. Omdat theoretische modellen echter aangeven dat de kern van Mercurius niet heet genoeg zou zijn om nikkelijzer te doen smelten, betekent dit dat de kern voor meer dan 0,1 gewichtsprocent uit zwavel moet bestaan, zodat door vorming van een eutecticum het smeltpunt in de kern wordt verlaagd. Het is ook mogelijk dat het magneetveld gedeeltelijk een overblijfsel is van een vroeger dynamo-effect dat nu niet meer actief is en gefossiliseerd is in gestold magnetisch materiaal.

De Amerikaanse MESSENGER-sonde onderzocht de planeet tijdens de laatste fase van zijn missie vanaf geringe hoogte. De magnetometer mat het magnetisme in de rotsen aan het oppervlak. Deze gegevens wezen uit dat het magnetisch veld van Mercurius tussen 3,7 en 3,9 miljard jaar geleden is ontstaan.

Oppervlak

Inslagstructuren 

Het oppervlak van Mercurius is met inslagkraters bezaaid en lijkt veel op dat van de maan. De meest in het oog springende inslagstructuur is het Calorisbekken met een diameter van 1350 km en eromheen een rand van bergen van ongeveer 2 km hoog. Verder zijn er nog talloze dalen, heuvels en vlaktes te vinden. De meeste kraters op Mercurius zijn naar schrijvers en artiesten genoemd. In kraters op de polen van Mercurius is ijs aangetroffen.

Vulkanisme 
Bij het opnieuw bestuderen van de Mariner 10-foto's werd eind jaren 90 ontdekt dat sommige delen van het oppervlak veel gladder zijn dan andere. Deze gladde gedeelten zijn bedekt met gestolde lava, wat aantoont dat er in het verleden actief vulkanisme op Mercurius moet zijn geweest.

Tektoniek 
Tussen de inslagkraters zijn ook verschillende steile kliffen zoals Discovery Rupes. Deze worden geïnterpreteerd als hellingen die veroorzaakt zijn door opschuivingen. Dit type van geologische breuken is typisch voor een oppervlak dat is verkleind. Men neemt dan ook aan dat dit een voorbeeld is van contractietektoniek, waarbij Mercurius door afkoeling is gekrompen. Deze krimp moest door de vaste korst worden gecompenseerd door de vorming van opschuivingsbreuken.

Daarnaast heeft men op gematigde breedten ook lijnstructuren opgemerkt, die men verklaart als horizontaalverschuivingen die ontstonden als gevolg van mechanische spanningen in de korst door de geleidelijke vertraging van de rotatie van de planeet.

Samenstelling 
De kern van Mercurius bestaat hoofdzakelijk uit ijzer en is relatief groot. De kern neemt 42 procent van het totale planetaire volume van Mercurius in. (Ter vergelijking: bij de Aarde neemt de kern 17 procent van het volume in). Rondom de kern bevindt zich een mantel van zo'n 600 km dik die voornamelijk uit siliciumoxiden bestaat. De dichtheid is, ondanks de grote hoeveelheid ijzer, met 5430 kg/m3 iets kleiner dan die van de Aarde. Dat komt doordat de Aarde groter is en er dus binnenin een grotere druk heerst.

Botsing 
Mercurius heeft een relatief grote metaalkern in vergelijking met de andere drie binnenplaneten Mars, Venus en Aarde. Een mogelijke verklaring hiervoor is dat Mercurius vlak na de vorming van het zonnestelsel in botsing kwam met een kleinere planeet. Voor de botsing was Mercurius twee en een half maal groter. Bij de botsing werd de rotsachtige korst volledig in de ruimte geblazen en wat overbleef was de metalen kern, die later nog een klein deel van de verpulverde rotsmassa’s opveegde.

Mercuriusovergang 

Ongeveer dertien tot veertien keer per eeuw trekt Mercurius tussen de zon en de Aarde door en is het silhouet van de planeet tegen de zonneschijf te zien. Dit verschijnsel heet Mercuriusovergang of Mercuriustransit en is vergelijkbaar met een Venusovergang en met een zonsverduistering. De vorige Mercuriusovergang was op 11 november 2019.

Verkenningen 
De eerste geschreven vermeldingen van Mercurius stammen uit de veertiende eeuw voor onze jaartelling.

Mariner 10 

De eerste ruimtesonde die Mercurius van dichtbij heeft waargenomen is de Mariner 10, die in 1974 en 1975 opnamen maakte en 45 procent van het Mercuriusoppervlak in kaart bracht.

MESSENGER 
De tweede, ook door NASA georganiseerde, vlucht naar Mercurius was die van MESSENGER. Deze ruimtesonde werd op 3 augustus 2004 gelanceerd en stuurde in januari 2008 haar eerste foto's van Mercurius door. Na een aantal ingewikkelde manoeuvres kwam MESSENGER uiteindelijk op 18 maart 2011 in een baan om Mercurius, om onderzoek te verrichten van de samenstelling, de atmosfeer en het magnetisch veld van de planeet.

Op 29 november 2012 werd door NASA bekendgemaakt dat de MESSENGER bewijzen had gevonden van ijs in grote hoeveelheden. Het water is waarschijnlijk door kometen en planetoïden op Mercurius terechtgekomen. Het bevroren water is ontdekt in schaduwrijke kraters.

Op 30 april 2015 sloeg MESSENGER volgens plan te pletter op Mercurius.

BepiColombo 
De Japanse en Europese ruimtevaartorganisaties JAXA en ESA hebben gezamenlijk de twee ruimtesondes van de BepiColombo-missie ontwikkeld. BepiColombo zal het nog niet gefotografeerde deel van Mercurius in kaart brengen en daarnaast zoeken naar water. BepiColombo werd op 20 oktober 2018 gelanceerd, kwam op 2 oktober 2021 voor het eerst langs Mercurius en zal naar verwachting in 2025 in een baan rond Mercurius komen.

Externe links