Planeta mercurio)



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Mercurio Mercurio: símbolo astronómico
Imagen ilustrativa del artículo Mercurio (planeta)
Mercurio visto por la sonda MESSENGER ,
14 de enero de 2008.
Características orbitales
Semieje mayor 57,909,050 km
(0,387,098 [ ]  au )
Aphelia 69,816,900  km
(0,466,701  au )
Perihelio 46,001,200  km
(0,307,499  au )
Circunferencia orbital 359,966,400  km
(2.406 226  hasta )
Excentricidad 0.2056 [ ]
Período de revolución 87,969  d
Período sinódico 115,88  d
Velocidad orbital media 47,362  km / s
Velocidad orbital máxima 58,98  km / s
Velocidad orbital mínima 38,86  km / s
Inclinación sobre la eclíptica 7,00 °
Nodo ascendente 48,33 °
Argumento del perihelio 29,12 °
Satélites conocidos 0
Características físicas
Radio ecuatorial 2.439,7  km
(0,383 Tierra)
Radio polar 2.439,7  km
(0,384 Tierra)
Radio medio
volumétrico
2.439,7  km
(0,383 Tierra)
Aplastamiento 0
Perímetro ecuatorial 15.329 km
(0,383 Tierra)
Zona 7,48 × 10 7  km 2
(0,147 Tierra)
Volumen 6.083 × 10 10  km 3
(0.056 Tierra)
Masa 3.301 1 × 10 23  kg
(0.055 Tierra)
Densidad general 5427  kg / m 3
Gravedad superficial 3,70  m / s 2
(0,378 g)
Velocidad de liberación 4,25  kilómetros por segundo
Período de rotación
( día sidéreo )
58,645 8  d
Velocidad de rotación
(en el ecuador )
10,892  kilómetros por hora
Inclinación del eje 0,0352 ± 0,0017 °
Ascensión recta del polo norte 281,01 °
Declinación del Polo Norte 61,45 °
Albedo geométrico visual 0,142
Bond Albedo 0.088
Irradiancia solar 9.126,6  W / m 2
(6.673 Tierras)
Temperatura de equilibrio del
cuerpo negro
433,9  K ( 160,9  ° C )
Temperatura de la superficie
• Máximo 700  K ( 427  ° C )
• Medio 440  K ( 167  ° C )
• Mínimo 90  K ( −183  ° C )
Características de la atmósfera
Presión atmosférica 5 × 10 −10  Pa
Masa total Menos de 10,000  kg
Historia
Deidad babilónica Nabu
Deidad griega Stilbôn y Ἑρμῆς
Nombre chino
(artículo relacionado)
Shuǐxīng 水星(agua)

Mercurio es el planeta más cercano al Sol y el menos masivo del Sistema Solar . Su distancia del Sol está entre 0,31 y 0,47  unidades astronómicas (o 46 y 70 millones de kilómetros), lo que corresponde a una excentricidad orbital de 0,2 - más de doce veces la de la Tierra, y con mucho la más alta para un planeta en el Solar. Sistema. Es visible a simple vista desde la Tierra con un diámetro aparente de 4,5 a 13  segundos de arco y una magnitud aparente de 5,7 a -2,3  ; Sin embargo, su observación se ve dificultada por su alargamiento siempre inferior a 28,3 °, que a menudo lo ahoga en el resplandor del sol. En la práctica, esta proximidad al sol implica que solo se puede ver cerca del horizonte occidental después de la puesta del sol o cerca del horizonte oriental antes de la salida del sol , generalmente al anochecer . Mercurio tiene la particularidad de estar en una resonancia de órbita de giro 3: 2, su período de revolución (~ 88  días ) es exactamente 1,5 veces su período de rotación (~ 59 días), y por lo tanto la mitad de un día solar. (~ 176 dias). Por lo tanto, en relación con las estrellas fijas , gira sobre su eje exactamente tres veces cada dos revoluciones alrededor del Sol.

Mercurio es un planeta terrestre , al igual que Venus , la Tierra y Marte . Es casi tres veces más pequeño y casi veinte veces menos masivo que la Tierra, pero casi tan denso como es. Su notable densidad -sólo superada por la de la Tierra, que también sería menor sin el efecto de la compresión gravitacional-  se debe al tamaño de su núcleo metálico , que representaría el 85% de su radio, frente a alrededor del 55% de la Tierra.

Al igual que Venus, Mercurio es casi esférico (su aplanamiento puede considerarse cero) debido a su rotación muy lenta. Privada de una atmósfera real para protegerla de los meteoritos (solo hay una exosfera que ejerce una presión sobre el suelo de menos de 1  n Pa o 10-14  atm ), su superficie está fuertemente cráter y es globalmente similar a la cara oculta de la Luna . lo que indica que ha estado geológicamente inactivo durante miles de millones de años. Esta ausencia de atmósfera combinada con la proximidad del Sol genera temperaturas superficiales que van desde los 90  K ( −183  ° C ) en el fondo de los cráteres polares (donde los rayos del sol nunca llegan) hasta los 700  K ( 427  ° C). C ) en el punto subsolar en el perihelio . El planeta también carece de satélites naturales .

Solo dos sondas espaciales han estudiado Mercurio. El Mariner 10 , que sobrevuela el planeta tres veces entre 1974 y 1975 , mapea el 45% de su superficie y descubre la existencia de su campo magnético . La sonda MESSENGER , después de tres sobrevuelos en 2008-2009, entra en órbita alrededor de Mercurio eny realiza un estudio detallado que incluye su topografía , historia geológica , campo magnético y exosfera . El objetivo de la sonda BepiColombo es entrar en órbita alrededor de Mercurio en.

El planeta Mercurio debe su nombre al mensajero de los dioses en la mitología romana , Mercurio . El planeta es llamado así por los romanos debido a la velocidad con la que se mueve en el cielo. El símbolo astronómico de Mercurio es un círculo colocado en una cruz y que lleva un semicírculo en forma de cuernos ( Unicode  : ☿). Es una representación del caduceo del dios Hermes , equivalente a Mercurio en la mitología griega . Mercurio también dio su nombre al tercer día de la semana, miércoles ("  Mercurii muere  ").

Órbita y rotación

Excentricidad

Mercurio tiene la excentricidad orbital más alta de todos los planetas del Sistema Solar, alrededor de 0,21. Esto significa que su distancia del Sol varía de 46 a 70 millones de kilómetros durante su revolución. El diagrama de la izquierda ilustra los efectos de la excentricidad, mostrando la órbita de Mercurio superpuesta a una órbita circular que tiene el mismo semieje mayor . Esta variación en la distancia del Sol significa que la superficie de Mercurio está sujeta a una fuerza de marea ejercida por el Sol que es aproximadamente 17 veces más fuerte que la de la Luna en la Tierra. Combinado con su resonancia 3: 2 de la rotación del planeta alrededor de su eje, esto también da como resultado variaciones complejas en la temperatura de la superficie.

La excentricidad de la órbita de Mercurio varía caóticamente desde 0 (órbita circular) hasta un valor muy grande de más de 0,45 durante varios millones de años debido a la influencia de otros planetas. En 1989, Jacques Laskar , del Bureau of Longitudes , demostró que todos los planetas internos del Sistema Solar tenían razas caóticas. Sin embargo, Mercurio es aquel cuyo movimiento es más caótico.

Diagrama simbólico que muestra diferentes intervalos.
Los primeros tres planetas del Sistema Solar, las distancias y el tamaño del Sol están a escala (1 píxel por 200.000  km ).
Los intervalos corresponden a la variación en la distancia del Sol entre el perihelio y el afelio de la órbita de cada planeta.
Notamos el efecto de la significativa excentricidad orbital de Mercurio, en comparación con Venus y la Tierra.

Orbita

Animación sintética que presenta las revoluciones comparativas de Mercurio y la Tierra.
Animación de las revoluciones de Mercurio y la Tierra alrededor del Sol.

La órbita de Mercurio está inclinada 7  grados desde el plano de la órbita de la Tierra ( eclíptica ), como se muestra en el diagrama de la derecha. Par conséquent, les transits de Mercure devant le Soleil ne peuvent avoir lieu que lorsque la planète traverse le plan de l'écliptique, au moment où elle se trouve entre la Terre et le Soleil, c'est-à-dire en mai ou en noviembre. Esto sucede aproximadamente cada siete años en promedio.

La inclinación del eje de rotación de Mercurio en su plano orbital es la más baja del Sistema Solar, apenas 2  minutos de arco , o alrededor de 0,03 grados . Esto es significativamente más bajo que el de Júpiter, que tiene la segunda inclinación axial más pequeña de todos los planetas, a 3,1 grados . Esto significa que para un observador en los polos de Mercurio, el centro del sol nunca se eleva más de 2 minutos de arco sobre el horizonte.

En ciertos puntos de la superficie de Mercurio, un observador podría ver que el sol sale un poco más de dos tercios del horizonte, luego se pone antes de salir de nuevo, todo durante el mismo día mercurial . De hecho, cuatro días terrestres antes del perihelio , la velocidad orbital angular de Mercurio es igual a su velocidad angular de rotación, de modo que cesa el movimiento aparente del sol; más cerca del perihelio, la velocidad orbital angular de Mercurio excede la velocidad de rotación angular. Entonces, para un observador hipotético de Mercurio, el sol parece moverse en una dirección retrógrada . Cuatro días terrestres después del perihelio, el movimiento aparente normal del sol se reanuda y vuelve a salir por el este para ponerse por el oeste.

Por la misma razón, hay un par de puntos en el ecuador de Mercurio (uno de ellos está ubicado en la cuenca de Caloris ), separados 180  grados en longitud, donde en cada uno de los cuales, un año de Mercurio en dos (que es equivalente a una vez un día mercuriano), el sol pasa de este a oeste, luego invierte su movimiento aparente y vuelve a pasar de oeste a este (durante el movimiento retrógrado ), luego invierte su movimiento por segunda vez y pasa sobre él por tercera vez desde el este. a oeste. Durante el año mercurial alterno, es en el otro punto de esta pareja donde ocurre este fenómeno. Dado que la amplitud del movimiento retrógrado es pequeña en estos puntos, el efecto general es que durante dos o tres semanas el sol está casi estacionario sobre el punto y está en su nivel más alto de brillo porque Mercurio está en el perihelio. Esta exposición prolongada cuando el planeta está más cerca del Sol hace que estos dos puntos sean los lugares más calientes de Mercurio (de ahí el nombre Caloris, que significa "calor" en latín ). Uno de estos puntos sirvió de referencia para el meridiano 0 °.

Por el contrario, hay otros dos puntos en el ecuador, a 90  grados de longitud aparte del primero, donde el sol solo pasa cuando el planeta está en el afelio , cada dos años mercuriales a la vez. Donde el movimiento aparente del sol en el cielo de Mercurio es relativamente rápido. Estos puntos reciben así mucho menos calor solar que los de la pareja descrita anteriormente. El resultado es un día voluble que también es "extraño" para un observador ubicado allí. Esto hará que el sol salga y luego se ponga de nuevo, luego salga de nuevo en el horizonte oriental; y al final del día en el Oeste, el sol se pondrá y luego volverá a salir, para volver a ponerse. Este fenómeno también se explica por la variación en la velocidad orbital de Mercurio: cuatro días antes del perihelio , siendo la velocidad orbital (angular) de Mercurio exactamente igual a su velocidad (angular) de rotación, el movimiento del sol parece detenerse.

Mercurio alcanza su conjunción inferior (el punto donde está más cerca de la Tierra) cada 116 días terrestres en promedio (llamado período sinódico ), pero este intervalo puede oscilar entre 105 días y 129 días , debido a la excéntrica órbita del planeta. Entre 1900 y 2100, Mercurio se acercó al mínimo, (y por tanto no se acercará más), la Tierra de unos 82,1 × 10 6  kilómetros (o 0,55  unidades astronómicas ), la. Su período de movimiento retrógrado puede variar de 8 a 15 días terrestres a cada lado de la conjunción inferior. Esta gran amplitud también se debe a la alta excentricidad orbital del planeta.

En virtud de su proximidad al Sol, es Mercurio y no Venus el planeta más cercano a la Tierra en promedio, al contrario de lo que uno podría imaginar al observar las representaciones clásicas del Sistema Solar a lo largo de una línea. Este razonamiento puede incluso extenderse, y Mercurio es en realidad el planeta más cercano a cada uno de los otros planetas del Sistema Solar, incluidos Urano y Neptuno (orbitando a 19 y 30 UA respectivamente).

Rotación

Mientras estudia Mercurio para trazar un primer mapa de él, Schiaparelli advierte después de varios años de observación que el planeta siempre presenta la misma cara al Sol, como lo hace la Luna con la Tierra. Luego concluyó en 1889 que Mercurio está sincronizado por efecto de marea con el Sol y que su período de rotación es equivalente a un año mercurial, es decir, 88 días terrestres. Sin embargo, esta duración es incorrecta y no fue hasta la década de 1960 cuando los astrónomos la revisaron a la baja.

Así, en 1962 , el radiotelescopio de Arecibo realiza observaciones por radar con efecto Doppler sobre Mercurio para conocer más sobre el planeta y comprobar si el período de rotación es igual al período de revolución. Las temperaturas registradas en el lado del planeta que se supone que siempre está expuesto a la sombra son demasiado altas, lo que sugiere que este lado oscuro, de hecho, a veces está expuesto al sol. En 1965 , los resultados obtenidos por Gordon H. Pettengill y Rolf B. Dyce revelan que el período de rotación de Mercurio es de hecho 59 días terrestres, con una incertidumbre de 5 días . Este período se ajustará posteriormente, en 1971 , a 58,65 días a ± 0,25 días gracias a mediciones más precisas, siempre radar, realizadas por RM Goldstein. Tres años después, la sonda Mariner 10 proporciona una mayor precisión, midiendo el período de rotación en 58,646 ± 0,005 días. Resulta que este período es exactamente igual a 2/3 de la revolución de Mercurio alrededor del Sol; esto se llama resonancia de órbita de espín 3: 2.

Esta resonancia 3: 2, una especificidad de Mercurio, se estabiliza por la variación de la fuerza de marea a lo largo de la órbita excéntrica de Mercurio, que actúa sobre un componente dipolar permanente de la distribución de masa de Mercurio, y por el movimiento caótico de Mercurio, su órbita. En una órbita circular , no existe tal variación, por lo que la única resonancia estabilizada para tal órbita es 1: 1 (por ejemplo, Tierra-Luna ). En el perihelio, donde la fuerza de la marea es máxima, estabiliza las resonancias, como 3: 2, lo que obliga al planeta a apuntar su eje de menor inercia (donde el diámetro del planeta es mayor) aproximadamente hacia el Sol.

La razón por la que los astrónomos pensaron que Mercurio estaba bloqueado con el Sol es que siempre que Mercurio estaba mejor ubicado para ser observado, siempre estaba en el mismo punto de su órbita (en resonancia 3: 2), exhibiendo así la misma cara a la Tierra; que también sería el caso si estuviera totalmente sincronizado con el Sol. Esto se debe a que el período de rotación real de Mercurio de 58,6 días es casi exactamente la mitad del período sinódico de Mercurio de 115,9 días (es decir, el tiempo que tarda Mercurio en volver a la misma configuración Tierra - Mercurio - Sol) con respecto a la Tierra. El error de Schiaparelli también se puede atribuir a la dificultad de observar el planeta con los medios del tiempo.

Debido a su resonancia 3: 2, aunque un día sidéreo (el período de rotación ) dura alrededor de 58,7 días terrestres, el día solar (tiempo entre dos retornos sucesivos del Sol al meridiano local) dura 176 días terrestres, es decir, a digamos dos años mercurianos. Esto implica que un día y una noche duran cada uno exactamente un año en Mercurio, o 88 días terrestres (casi una cuarta parte ).

Un modelo preciso basado en un modelo de mareas ha demostrado que Mercurio fue capturado en el estado de órbita de giro 3: 2 en una etapa muy temprana de su historia, entre 10 y 20 millones de años después de su formación. Además, las simulaciones numéricas han demostrado que una futura resonancia secular con Júpiter podría hacer que la excentricidad de Mercurio crezca hasta un punto en el que haya un 1% de probabilidad de que el planeta choque con Venus en 5 mil millones de años. La predicción a largo plazo de la órbita de Mercurio es parte de la mecánica del caos  : algunas simulaciones incluso muestran que el planeta podría ser expulsado del Sistema Solar.

Precesión del perihelio

Diagrama que muestra el perihelio de Mercurio.
La precesión del perihelio de Mercurio (el efecto se exagera aquí).

En cuanto a todos los planetas del Sistema Solar, la órbita de Mercurio experimenta una precesión muy lenta del perihelio alrededor del Sol, es decir que su propia órbita gira alrededor del Sol. Sin embargo, a diferencia de otros planetas, el período de precesión del perihelio de Mercurio no concuerda con las predicciones realizadas utilizando la mecánica newtoniana .

De hecho, Mercurio experimenta una precesión un poco más rápida de lo que cabría esperar al aplicar las leyes de la mecánica celeste, y está por delante de aproximadamente 43 segundos de arco por siglo .

Busca un tercer planeta

Fotografía en color de una litografía de 1846 que muestra el hipotético planeta Vulcano, en una órbita cercana al sol.
Vulcano , el hipotético planeta.

Por lo tanto, los astrónomos inicialmente pensaron en la presencia de uno o más cuerpos entre el Sol y la órbita de Mercurio, cuya interacción gravitacional interrumpiría el movimiento de este último. El astrónomo francés Urbain Le Verrier , que en 1846 había descubierto el planeta Neptuno a partir de anomalías en la órbita de Urano , analiza el problema y sugiere la presencia de un planeta desconocido o un segundo cinturón de asteroides entre el Sol y Mercurio. Los cálculos realizados, teniendo en cuenta la influencia gravitacional de estos cuerpos, debían entonces coincidir con la precesión observada.

la Le Verrier es contactado por el médico francés Edmond Lescarbault sobre una mancha negra que habría visto pasar frente al Sol dos días antes y que probablemente era, según él, un planeta intramercurio. Le Verrier luego postula que este planeta, al que llama Vulcano  , es responsable de las anomalías en el movimiento de Mercurio y decide descubrirlo. A partir de la información de Lescarbault, concluye que Vulcano daría la vuelta al Sol en 19 días y 7 horas a una distancia promedio de 0,14  UA . También dedujo un diámetro de alrededor de 2000  km y una masa de 1/ 17 de ju la de Mercurio. Sin embargo, esta masa es demasiado baja para explicar las anomalías, pero Vulcain sigue siendo un buen candidato para el cuerpo más grande de un hipotético cinturón de asteroides interno a la órbita de Mercurio.

Le Verrier aprovechó entonces el eclipse solar de 1860 para movilizar a todos los astrónomos franceses para localizar a Vulcano, pero nadie pudo encontrarla. Luego se buscó el planeta durante décadas, sin éxito a pesar de que algunos astrónomos pensaron que lo habían visto, hasta que se ofreció una explicación relativista.

Explicación por relatividad general

En 1916 , Albert Einstein propuso la teoría de la relatividad general . Al aplicar los llamados parámetros post-keplerianos de su teoría al movimiento de Mercurio, Einstein proporciona la explicación de la precesión observada al formalizar la gravedad como afectada por la curvatura del espacio-tiempo . La fórmula de precesión que experimenta la órbita obtenida por Einstein es:

donde está el semieje mayor de la elipse , su excentricidad , la constante gravitacional , la masa del Sol y el período de revolución en la elipse.

Con los valores numéricos , , , y incluir 0.1038 segundos de arco por revolución, que corresponde con el mercurio 415 revoluciones por siglo:

segundos de arco por siglo.

El efecto es débil: solo 43 segundos de arco por siglo para Mercurio, por lo que se necesitan aproximadamente 2.8 millones de años para un exceso de revolución completo (o doce millones de revoluciones), pero coincide bien con el avance del perihelio medido previamente. Esta predicción validada constituye uno de los primeros grandes éxitos de la naciente relatividad general.

Características físicas

Estructura interna

Mercurio es uno de los cuatro planetas terrestres del Sistema Solar y tiene un cuerpo rocoso como la Tierra . También es el más pequeño, con un radio ecuatorial de 2.439,7  km . Mercurio también es más pequeño, aunque más masivo, que dos satélites naturales del Sistema Solar, Ganímedes y Titán . El mercurio está compuesto por aproximadamente un 70% de metales (principalmente en el núcleo) y un 30% de silicato (principalmente en su manto). La densidad de Mercurio es la segunda más alta del Sistema Solar, con 5,427  g / cm 3 , un poco menos que la densidad de la Tierra, que es 5,515  g / cm 3 . Si se ignorara el efecto de la compresión gravitacional , es Mercurio el que sería más denso con 5,3  g / cm 3 frente a 4,4  g / cm 3 de la Tierra, debido a una composición con más materiales.

La densidad de Mercurio se puede utilizar para inferir detalles sobre su estructura interna. Aunque la alta densidad de la Tierra resulta notablemente de la compresión gravitacional, especialmente al nivel del núcleo de la Tierra , Mercurio es mucho más pequeño y sus regiones internas no están tan comprimidas. Por lo tanto, para que tenga una densidad tan alta, su núcleo debe ser grande y rico en hierro.

Los geólogos estiman que el núcleo de Mercurio ocupa alrededor del 85% de su radio, lo que representaría aproximadamente el 61,4% de su volumen frente al 17% de la Tierra, por ejemplo. Una investigación publicada en 2007 sugirió una vez que el núcleo de Mercurio era completamente líquido ( níquel y hierro ). Más recientemente, otros estudios que utilizan datos de la misión MESSENGER , completados en 2015, sin embargo, llevan a los astrónomos a creer que el núcleo interno del planeta es realmente sólido. Alrededor del núcleo hay una capa central exterior sólida de sulfuro de hierro y un manto compuesto de silicatos . Según los datos de la misión Mariner 10 y las observaciones de la Tierra, la corteza de Mercurio tiene entre 35 y 54 km de espesor  . Una característica distintiva de la superficie de Mercurio es la presencia de numerosas crestas estrechas, que se extienden hasta varios cientos de kilómetros de longitud. Se cree que se formaron cuando el núcleo y el manto de Mercurio se enfriaron y contrajeron en un momento en que la corteza ya se había solidificado.

Metalicidad

El núcleo de Mercurio tiene un contenido de hierro más alto que cualquier otro objeto del Sistema Solar. Esta alta concentración de hierro es la razón por la que a veces se le conoce como "el planeta metálico  " o "el planeta del hierro". Comprender el origen de esta concentración nos enseñaría mucho sobre la nebulosa solar primitiva y las condiciones bajo las cuales se formó el Sistema Solar. Se han propuesto tres hipótesis para explicar la alta metalicidad de Mercurio y su gigantesco núcleo.

La teoría más aceptada sobre esto es que Mercurio originalmente tenía una proporción de metal a silicato similar a la de los meteoritos de condrita comunes, que se cree que son típicos del material rocoso en el Sistema Solar, y con una masa aproximadamente 2.25 veces mayor que su masa actual. Luego, a principios de la historia del sistema solar, Mercurio fue golpeado por un planetesimal de aproximadamente 1/ 6 º de que la masa y varios miles de kilómetros de diámetro. El impacto habría eliminado gran parte de la corteza y el manto originales, dejando atrás el núcleo metálico que se habría fusionado con el del planetesimal, y un manto delgado. Se ha propuesto un proceso similar, conocido como la hipótesis del impacto gigante , para explicar la formación de la Luna como resultado de la colisión de la Tierra con el impactador Theia .

Alternativamente, Mercurio podría haberse formado a partir de la nebulosa solar antes de que se estabilizara la producción de energía del Sol. Inicialmente, su masa habría sido el doble que en la actualidad pero cuando la protoestrella se contrajo, las temperaturas de proximidad mercurio podría estar entre 2500 y 3500  K y tal vez hasta llegar a 10.000  K . Gran parte de la roca de la superficie de Mercurio podría haberse vaporizado a estas temperaturas, formando una atmósfera de vapor de roca que luego habría sido arrastrada por el viento solar .

Una tercera hipótesis supone que la nebulosa solar provocó un rastro en las partículas de las que se estaba acumulando Mercurio , lo que significa que las partículas más ligeras se perdieron del material de acumulación y no fueron recogidas por Mercurio. Así, la tasa de elementos pesados, como el hierro, presentes en la nebulosa solar era mayor en las cercanías del Sol, incluso estos elementos pesados ​​se distribuían gradualmente alrededor del Sol (cuanto más lejos de él, menos había elementos pesados). . Mercurio, cerca del Sol, habría acumulado más materiales pesados ​​que los otros planetas para formar su núcleo.

Sin embargo, cada supuesto proporciona una composición de superficie diferente. La misión MESSENGER encontró niveles de potasio y azufre más altos de lo esperado en la superficie, lo que sugiere que la hipótesis de un impacto gigante y la vaporización de la corteza y el manto no ocurrió porque el potasio y el azufre habrían sido expulsados ​​por el calor extremo de estos eventos. Así, los resultados obtenidos hasta ahora parecen favorecer la tercera hipótesis pero es necesario un análisis más profundo de los datos. BepiColombo , que llegará en órbita alrededor de Mercurio en 2025, hará observaciones para intentar dar una respuesta.

Geología

La superficie de Mercurio está cubierta por una alfombra polvorienta, fracturas y cráteres . La superficie de Mercurio es similar a la de la Luna , mostrando vastas llanuras de minerales ( silicatos ) que se asemejan a los mares lunares y numerosos cráteres , lo que indica que ha estado geológicamente inactivo durante miles de millones de años. Para los astrónomos, estos cráteres son muy antiguos y cuentan la historia de la formación del Sistema Solar, cuando los planetesimales chocaron con planetas jóvenes para fusionarse con ellos. Por el contrario, algunas partes de la superficie de Mercurio parecen lisas, intactas por ningún impacto. Probablemente se trate de coladas de lava que cubren suelos más antiguos más marcados por impactos. La lava, al enfriarse, daría lugar a la apariencia de una superficie lisa y blanquecina. Estas llanuras datan de un período más reciente, después del período de intensos bombardeos . El descubrimiento de las llanuras volcánicas en la superficie permite implicar las caídas de enormes asteroides que llegan al manto , pudiendo crear al mismo tiempo erupciones volcánicas en el lado opuesto del planeta .

Fotografía en blanco y negro de un gran cráter del que emergen rayas.
Cráter Apolodoro , también apodado "cráter de araña".

El conocimiento de la geología de Mercurio se basó únicamente en el sobrevuelo de la sonda Mariner 10 en 1975 y en observaciones terrestres, fue el menos conocido de los planetas terrestres hasta 2011 y la misión MESSENGER. Por ejemplo, a través de esta misión se descubre un cráter inusual con huecos radiantes, que los científicos denominan tiempo de cráter Araña antes de renombrarlo Apolodoro .

Mercurio tiene diferentes tipos de formaciones geológicas:

Mercurio fue fuertemente bombardeado por cometas y asteroides durante y poco después de su formación, hace 4.600 millones de años, así como durante un episodio posterior, posiblemente separado, llamado Gran Bombardeo Tardío , que tuvo lugar hace 3.800 millones de años. Durante este período de intensa formación de cráteres, Mercurio sufre impactos en toda su superficie, facilitados por la ausencia de atmósfera que ralentice los impactadores. Además, Mercurio es entonces volcánicamente activo; cuencas como la cuenca Caloris están llenas de magma , produciendo llanuras suaves similares a los mares lunares . Después del gran bombardeo, la actividad volcánica de Mercurio habría cesado, aproximadamente 800 millones de años después de su formación.

La superficie de Mercurio es más heterogénea que la de Marte o la Luna, las cuales contienen áreas significativas de geología similar, como maria y planitiae .

Cuencas de impacto y cráteres

El Terreno Extraño (o Terreno Extraño ), formado en la antípoda del impacto de la Cuenca Caloris.

El diámetro de los cráteres de Mercurio varía desde pequeñas cavidades en forma de cuenco hasta cuencas de impacto multianulares de varios cientos de kilómetros de diámetro. Aparecen en todos los estados de degradación, desde cráteres radiados relativamente recientes hasta los restos de cráteres gravemente degradados. Los cráteres de mercurio difieren sutilmente de los cráteres lunares en que el área cubierta por sus eyecciones es mucho más pequeña, una consecuencia de la mayor gravedad de Mercurio en su superficie. De acuerdo con las reglas de la AUI , cada nuevo cráter debe llevar el nombre de un artista famoso durante más de cincuenta años y muerto durante más de tres años, antes de la fecha en que se nombra el cráter.

El cráter más grande conocido es la Cuenca Caloris , con un diámetro de 1.550  km (casi un tercio del diámetro del planeta), que se formó como resultado de la caída de un asteroide de unos 150  km de tamaño , hace casi 3.850 millones de años. . Su nombre ( Caloris , "calor" en latín) proviene del hecho de que está ubicado en uno de los dos "polos calientes" de la superficie de Mercurio, polos que miran directamente al Sol cuando el planeta está en perihelio . El impacto que creó la Cuenca Caloris fue tan poderoso que provocó erupciones de lava que dejaron un anillo concéntrico de más de 2  km de altura alrededor del cráter de impacto. Es una gran depresión circular, con anillos concéntricos. Más tarde, la lava ciertamente fluyó hacia este gran cráter y alisó la superficie.

En la antípoda de la cuenca de Caloris hay una gran área de tierra muy montañosa y accidentada, del tamaño de Francia y de Alemania juntas, conocida como "tierra extraña" (en inglés Weird Land ). Una hipótesis sobre su origen es que las ondas de choque generadas durante el impacto de Caloris viajaron alrededor de Mercurio, convergiendo en la antípoda de la cuenca (a 180 grados ). Las fuertes tensiones resultantes fracturaron la superficie, elevando el suelo a una altura de 800 a 1000  my produciendo esta región caótica. Otra hipótesis es que este terreno se formó como resultado de la convergencia de eyecciones volcánicas en la antípoda de esta cuenca.

El impacto que creó la cuenca de Caloris también contribuyó a la formación de la cadena montañosa única de Mercurio: los Montes Caloris .

En total, se identifican alrededor de 15 cuencas de impacto en Mercurio. Una cuenca destacable es la cuenca de Tolstoi , de 400  km de ancho, con múltiples anillos y que tiene una cubierta de eyecta que se extiende hasta 500  km desde su periferia y cuya aparición marca la era tolstoyiana. Las cuencas de Rembrandt y Beethoven , que tienen una cubierta de eyecciones volcánicas de tamaño similar, también se encuentran entre los cráteres de impacto más grandes del planeta con un ancho de 716 y 625  km respectivamente .

Al igual que la Luna, la superficie de Mercurio probablemente se ha visto afectada por procesos de erosión espacial , incluido el viento solar y los impactos de los micrometeoritos .

llanuras

Fotografía en blanco y negro del gran cráter Schubert.
Llanura lisa que cubre el cráter Schubert , de 190  km de diámetro.

Hay dos regiones de tierras bajas geológicamente distintas en Mercurio.

Primero, las llanuras suavemente onduladas en las regiones entre los cráteres son las superficies visibles más antiguas de Mercurio, anteriores al terreno lleno de cráteres. Estas llanuras entre los cráteres parecen haber borrado muchos cráteres más antiguos y muestran una rareza general de pequeños cráteres de menos de 30  km de diámetro aproximadamente.

En segundo lugar, las llanuras suaves son áreas grandes y planas que llenan depresiones de varios tamaños y se parecen mucho a los mares lunares . En particular, llenan un gran anillo que rodea la cuenca Caloris. A diferencia de los mares lunares, las suaves llanuras de Mercurio tienen los mismos albedos que las antiguas llanuras entre los cráteres. A pesar de la ausencia de características volcánicas indiscutibles, la ubicación y la forma redondeada y lobulada de estas llanuras apoyan fuertemente los orígenes volcánicos. Todas las llanuras lisas de Mercurio se formaron mucho más tarde que la cuenca de Caloris, como lo indica su densidad de cráteres significativamente menor en comparación con la del manto de eyección de Caloris. El fondo de la cuenca Caloris está lleno de una llanura plana geológicamente distinta, fragmentada por crestas y fracturas en un patrón aproximadamente poligonal. No está claro si se trata de lavas volcánicas inducidas por impactos o impactitas .

Características de compresión

A la izquierda, Discovery Rupes, uno de los escarpes más importantes fotografiados por Mariner 10. Tiene 350 km de largo y corta dos cráteres de 35 y 55 km de diámetro. A la derecha, su sección esquemática que muestra el mecanismo de superposición que lo creó.

Una característica inusual de la superficie de Mercurio es la presencia de numerosos pliegues de compresión llamados escarpes (o Rupes ) que entrecruzan las llanuras. Como resultado de la fase caliente de su formación, es decir, después del final del Gran Bombardeo Tardío que en un momento hizo que todos los planetas del sistema solar brillaran en bolas, el interior de Mercurio se contrajo y su superficie comenzó a deformarse. creando crestas. Estos escarpes pueden alcanzar una longitud de 1000  km y una altura de 3  km . Estas características compresivas se pueden observar simultáneamente con otras características, como cráteres y llanuras lisas, lo que indica que son más recientes.

El mapeo de las características de Mercurio utilizando fotografías tomadas por Mariner 10 sugirió en primer lugar una contracción total del radio de Mercurio del orden de 1 a 2  km debido a estas compresiones, el intervalo se incrementó posteriormente de 5 a 7  km , según datos de MENSAJERO. Además, se encuentran fallas de empuje de pequeña escala, de varias decenas de metros de altura y algunos kilómetros de longitud, que parecen tener menos de 50 millones de años. Esto indica que la compresión interior y la actividad geológica de la superficie resultante aún continúan a esta pequeña escala. Tras este descubrimiento, la supuesta inactividad geológica de Mercurio, y de los pequeños planetas en general, podría cuestionarse.

El Lunar Reconnaissance Orbiter descubre en 2019 la existencia de pequeñas fallas de empuje similares en la Luna.

Períodos geológicos

Al igual que ocurre con la Tierra, la Luna o Marte, la evolución geológica de Mercurio se puede dividir en períodos o épocas principales. Estas edades se basan solo en fechas relativas , por lo que las fechas avanzadas son solo órdenes de magnitud.

Períodos geológicos de Mercurio (en millones de años):

Pretolstoyano

Se extiende desde el comienzo de la historia del sistema solar hasta el período de intenso bombardeo, de -4,5 a -3,9 mil millones de años. La nebulosa solar primitiva se condensó y comenzó a formar materia sólida; inicialmente de pequeña masa que a fuerza de acumulación (proceso de acreción ) producía cuerpos cada vez más grandes, teniendo una fuerza de atracción cada vez más importante, hasta formar la masa principal de Mercurio. La naturaleza homogénea o heterogénea de esta acumulación de materia aún se desconoce: no se sabe si Mercurio se formó a partir de una mezcla de hierro y silicato que luego se disocia para formar por separado un núcleo metálico y un manto de silicato, o si el núcleo se formó primero. , de los metales, el manto y la corteza vinieron solo después, cuando los elementos pesados ​​como el hierro se volvieron menos abundantes alrededor de Mercurio. Hay pocas posibilidades de que Mercurio poseyera una atmósfera inicial (justo después de la acumulación de materia), o de lo contrario se habría evaporado muy temprano antes de la aparición de los cráteres más antiguos. Si Mercurio hubiera tenido atmósfera, podríamos haber notado una erosión de los cráteres por los vientos, como en Marte . Los escarpes presentes principalmente en las regiones "entre cráteres" (que son superficies más antiguas que los cráteres) y que a veces atraviesan algunos de los cráteres más antiguos, muestran que el enfriamiento del núcleo y la contracción del planeta se produjo entre el final del primer período y el comienzo del segundo.

Tolstoyen

El segundo período (de -3,9 a -3,85 mil millones de años) se caracteriza por un fuerte bombardeo meteorítico de cuerpos relativamente grandes (residuos del proceso de acreción), cubriendo la superficie de Mercurio con cráteres y cuencas (grandes cráteres de más de 200  km de diámetro). , y termina con la formación de la cuenca Caloris . No es seguro que este período sea la fase terminal de la acumulación de Mercurio; es posible que este sea solo un segundo episodio de bombardeo independiente de esta acumulación. Sobre todo porque es el momento del gran bombardeo tardío . Lleva este nombre porque vio la formación de la cuenca de Tolstoi .

Caloría

La formación de la cuenca Caloris marca la separación de este período (de -3,85 a -3,80 mil millones de años). El impacto del meteorito dio lugar a fuertes transformaciones de la superficie de Mercurio: la creación del anillo montañoso Caloris Montes alrededor del cráter producido por el impacto y deformaciones caóticas en el otro lado del planeta. La asimetría de la distribución interna de masas que provocó, a escala del planeta, fue el pivote sobre el que se basa la sincronización de los períodos de rotación / revolución: la cuenca Caloris es (con su antípoda) una de las "Calientes ecuatoriales polos ".

Mayor caloría

La cuarta época geológica de Mercurio se extiende desde -3,80 a -3 mil millones de años y comienza después de la colisión que dio lugar a la cuenca Caloris. Cubre el período de vulcanismo que siguió. Los flujos de lava formaron parte de las Grandes Llanuras Suaves, más o menos similar a la maría lunar . Sin embargo, las suaves llanuras que cubren la cuenca de Caloris (Suisei, Odin y Tir Planitia) se habrían formado por eyecciones durante el impacto de Caloris.

Mansurian y Kuiperien

Extendiéndose respectivamente de -3 mil millones de años a -1 mil millones de años y luego de -1 mil millones de años hasta hoy, estos períodos están marcados por pequeños impactos meteoríticos: pocos eventos importantes han ocurrido en Mercurio durante estos tiempos. Estas eras también toman el nombre de cráteres: el Mansur y el Kuiper .

Vulcanismo

La presencia de llanuras más jóvenes (las suaves llanuras) es una prueba de que Mercurio experimentó actividad volcánica en su pasado. El origen de estas llanuras se destaca a finales de la década de 1990 por Mark Robinson y Paul Lucey al estudiar las fotografías de Mercury. El principio es comparar superficies lisas, formadas a partir de flujos de lava, con otras, no lisas (y más antiguas). Si efectivamente fueron erupciones volcánicas, estas regiones debieron ser de una composición diferente a la que cubrieron, ya que estaban compuestas por materiales provenientes del interior del planeta.

Las imágenes tomadas por Mariner 10 se recalibran primero a partir de imágenes tomadas en el laboratorio antes del lanzamiento de la sonda, y las imágenes tomadas durante la misión de las nubes de Venus (Venus tiene una textura bastante uniforme) y el espacio profundo. Robinson y Lucey luego estudian varias muestras de la Luna , que se dice que ha experimentado una actividad volcánica similar, y en particular el reflejo de la luz para establecer un paralelo entre la composición y el reflejo de estos materiales.

Utilizando técnicas avanzadas de procesamiento de imágenes digitales (que no eran posibles en el momento de la misión Mariner 10), codifican por colores las imágenes para diferenciar los materiales minerales oscuros de los materiales metálicos. Se utilizan tres colores: rojo para caracterizar minerales oscuros y opacos (cuanto más rojo se pronuncia, menos minerales oscuros hay); el verde para caracterizar tanto la concentración de óxido de hierro (FeO) como la intensidad del bombardeo de Micrometeoritos, también conocido como "madurez" (la presencia de FeO es menos importante, o la región es menos madura, en las porciones más verdes); el azul para caracterizar la relación UV / luz visible (la intensidad del azul aumenta con el informe). La combinación de las tres imágenes da colores intermedios. Por ejemplo, un área en amarillo puede representar una combinación de una alta concentración de minerales opacos (rojo) y madurez intermedia (verde).

Robinson y Lucey notan que las llanuras están marcadas con diferentes colores en comparación con los cráteres y pueden deducir que estas llanuras son de diferente composición en comparación con las superficies más antiguas (caracterizadas por la presencia de cráteres). Estas llanuras, como la Luna, deben haber sido formadas por coladas de lava. Entonces surgen nuevas preguntas en cuanto a la naturaleza de estas rocas fundidas ascendentes: pueden ser simples derrames de fluidos o erupciones explosivas. Sin embargo, es posible que no todas las llanuras se hayan originado a partir de flujos de lava. Es posible que algunos se hayan formado a partir de la lluvia de polvo y fragmentos del suelo, expulsados ​​durante los grandes impactos de meteoritos.

Algunas erupciones volcánicas también pueden haber ocurrido como resultado de grandes colisiones. En el caso de la cuenca Caloris, originalmente se suponía que el cráter generado por el impacto tenía una profundidad de 130  km  ; probablemente alcanzando el manto y luego haciendo que se derrita parcialmente durante el choque (debido a una presión y temperatura muy altas). Luego, el manto se vuelve a ensamblar durante el reajuste del suelo, llenando el cráter. Así, sabiendo que parte de la superficie de Mercurio proviene de su interior, los científicos pueden deducir información sobre la composición interna del planeta.

Las imágenes obtenidas por MESSENGER, mientras tanto, revelan evidencia de nubes ardientes en Mercurio de volcanes en escudo de poca altura. Estos datos de MESSENGER identificaron 51 depósitos piroclásticos en la superficie, el 90% de los cuales están en cráteres de impacto . Un estudio del estado de degradación de los cráteres de impacto que albergan depósitos piroclásticos sugiere que la actividad piroclástica se produjo en Mercurio durante un intervalo prolongado.

Una "depresión sin borde" dentro del borde suroeste de la cuenca Caloris consta de al menos nueve respiraderos volcánicos superpuestos, cada uno individualmente de hasta 8  km de diámetro. Por tanto, es un estratovolcán . Los fondos de las chimeneas se encuentran al menos 1  km por debajo de sus paredes y parecen cráteres volcánicos tallados por erupciones explosivas o alterados por colapso en espacios vacíos creados por la extracción de magma en un conducto. Se dice que la edad del complejo sistema volcánico es del orden de mil millones de años.

Condiciones de la superficie

Mercurio es un planeta muy caliente. La temperatura media de la superficie es de aproximadamente 440  K ( 167  ° C ). Es la temperatura de estabilización por debajo del regolito , donde el subsuelo ya no está sujeto a la alternancia de "ondas" térmicas del día y la noche. Además, la temperatura de la superficie de Mercurio varía aproximadamente de 100 a 700  K ( −173 a 427  ° C ). Nunca supera los 180  K en los polos debido a la ausencia de atmósfera y a un fuerte gradiente de temperatura entre el ecuador y los polos. El punto subsolar en el perihelio , a saber (0 ° N, 0 ° W) o (0 ° N, 180 ° W), alcanza 700  K en este momento, pero solo 550  K en el afelio (90 ° o 270 ° W). El lado no iluminado del planeta, la temperatura media es 110  K . De la superficie de Mercurio aparece el sol, dependiendo de la órbita elíptica, entre 2,1 y 3,3 veces mayor que la de la Tierra , y la intensidad de la luz solar en la superficie de Mercurio varía entre 4,59 y 10,61 veces la constante solar , es decir que la cantidad de energía que recibe una superficie perpendicular al Sol es en promedio 7 veces mayor en Mercurio que en la Tierra.

Helado

Aunque la temperatura de la luz del día en la superficie de Mercurio es generalmente extremadamente alta, es posible que haya hielo en Mercurio. De hecho, debido a la inclinación casi nula de su eje de rotación , las zonas polares de Mercurio solo reciben rayos solares rasantes. Además, el fondo de los cráteres profundos de los polos nunca se expone a la luz solar directa, y las temperaturas se mantienen por debajo de 102  K gracias a este permanente oscuridad , que es mucho menor que la temperatura media del planeta de 452.  K . A estas temperaturas, el hielo de agua apenas se sublima (la presión de vapor parcial del hielo es muy baja).

Las observaciones de radar realizadas a principios de la década de 1990 desde el radiotelescopio de Arecibo y la antena Goldstone indican la presencia de hielo en el agua en los polos norte y sur de Mercurio. De hecho, el hielo de agua se caracteriza por áreas con alta reflexión de radar y una firma fuertemente despolarizada, a diferencia del típico reflejo de radar de silicato , que constituye la mayor parte de la superficie de Mercurio. Además, hay áreas de fuerte reflexión de radar cerca de los polos. Los resultados obtenidos con el radiotelescopio de Arecibo muestran que estos reflejos de radar se concentran en puntos circulares del tamaño de un cráter. Según las imágenes tomadas por Mariner 10, la mayor de ellas, en el Polo Sur, parece coincidir con el cráter Chao Meng-Fu . Otros, más pequeños, también corresponden a cráteres bien identificados.

Se estima que las regiones de hielo contienen alrededor de 10 14 a 10 15  kg de hielo. Estos están potencialmente cubiertos con regolito que previene la sublimación . En comparación, la capa de hielo de la Antártida en la Tierra tiene una masa de aproximadamente 4 × 10 18  kg y la capa polar sur de Marte contiene aproximadamente 10 16  kg de agua. Se consideran dos fuentes probables del origen de este hielo: el bombardeo de meteoritos o la desgasificación del agua del interior del planeta. Los meteoritos que chocaron contra el planeta pudieron haber traído agua que habría quedado atrapada (congelada por las bajas temperaturas de los polos) en los lugares donde ocurrieron los impactos. Asimismo, para la desgasificación, ciertas moléculas pueden haber migrado hacia los polos y quedar atrapadas allí.

Si bien el hielo no es la única causa posible de estas regiones reflectantes, los astrónomos creen que es la más probable. La sonda BepiColombo, que orbitará el planeta alrededor de 2025, tendrá entre sus tareas identificar la presencia o no de hielo en Mercurio.

Exosfera

Mercurio es demasiado pequeño y caliente para que su gravedad retenga una atmósfera significativa durante largos períodos de tiempo. Por lo tanto, es casi inexistente hasta tal punto que las moléculas de gas de la "atmósfera" chocan más a menudo con la superficie del planeta que con otras moléculas de gas. Por tanto, es más apropiado hablar de su exosfera , partiendo de la superficie de Mercurio, directamente "abierta" al espacio . Este es delgado y limitado en superficie, compuesto principalmente de potasio , sodio y oxígeno (9,5%). También hay trazas de argón , neón , hidrógeno y helio . La presión ejercida sobre la superficie es inferior a 0,5  NPA ( 0,005  picobar).

Esta exosfera no es estable y en realidad es transitoria: los átomos que componen principalmente la exosfera de Mercurio (potasio y sodio) tienen una vida útil (de presencia) estimada en tres horas antes de ser liberados al espacio y una hora y media cuando el planeta está en el perihelio. Por lo tanto, los átomos se pierden y reponen continuamente de diversas fuentes.

Los átomos de hidrógeno y helio probablemente se originan a partir de la captura de iones del viento solar , que se difunden en la magnetosfera de Mercurio antes de escapar de regreso al espacio. La desintegración radiactiva de los elementos de la corteza de mercurio es otra fuente de helio, así como de sodio y potasio. El vapor de agua está presente, liberado por una combinación de procesos como cometas que golpean su superficie, chisporroteo (creando agua a partir del hidrógeno del viento solar y oxígeno de la roca) y sublimación de depósitos de hielo de agua en cráteres polares permanentemente sombreados. La sonda MESSENGER también detectó grandes cantidades de iones ligados al agua como O + , OH - y H 3 O +. Debido a las cantidades de estos iones que se han detectado en el entorno espacial de Mercurio, los astrónomos asumen que estas moléculas fueron expulsadas de la superficie o la exosfera por el viento solar.

El sodio, el potasio y el calcio fueron descubiertos en la atmósfera durante los años 1980-1990, el consenso es que resultan principalmente de la vaporización de la roca superficial golpeada por impactos de micrometeoritos , incluido el del cometa de Encke , que crea una nube zodiacal. . En 2008, el magnesio fue descubierto por MESSENGER. Los estudios indican que a veces las emisiones de sodio se localizan en puntos que corresponden a los polos magnéticos del planeta. Esto indicaría una interacción entre la magnetosfera y la superficie del planeta.

Campo magnético

A pesar de su pequeño tamaño y su lento período de rotación de 59 días , Mercurio tiene un campo magnético notable. Revelado por los magnetómetros de Mariner 10, en, sorprende a los astrónomos que pensaban hasta este momento que Mercurio estaba desprovisto de cualquier magnetosfera porque su lenta velocidad de rotación disminuye el efecto dínamo . Además, se asumió en ese momento que el núcleo del planeta ya se había solidificado debido a su pequeño tamaño. La intensidad del campo magnético en el ecuador de Mercurio es de aproximadamente 200  nT , o 0,65% del campo magnético terrestre, que es igual a 31  µT . Como el de la Tierra , el campo magnético de Mercurio es dipolar . Sin embargo, a diferencia de la Tierra, los polos de Mercurio están alineados con el eje de rotación del planeta. Las mediciones de las sondas espaciales Mariner 10 y MESSENGER indican que la fuerza y ​​la forma del campo magnético son estables.

Es probable que este campo magnético sea generado por un efecto dínamo , de manera similar al campo magnético de la Tierra. Este efecto dinamo resultaría de la circulación del núcleo externo líquido rico en hierro del planeta. Los efectos de marea particularmente fuertes, causados ​​por la fuerte excentricidad orbital del planeta, mantendrían el núcleo en el estado líquido necesario para este efecto de dínamo.

El campo magnético de Mercurio es lo suficientemente poderoso como para desviar el viento solar alrededor del planeta, creando así una magnetosfera ubicada entre dos arcos de choque (o "  arco de choque  "). La magnetosfera del planeta, aunque lo suficientemente pequeña como para estar contenida en el volumen de la Tierra, es lo suficientemente fuerte como para atrapar el plasma del viento solar. Esto contribuye a la erosión espacial de la superficie del planeta. Las observaciones realizadas por Mariner 10 han detectado este plasma de baja energía en la magnetosfera en el lado oscuro del planeta. Fragmentos de partículas energéticas en la cola de la magnetosfera del planeta indican que es dinámica. Además, los experimentos realizados por la sonda han demostrado que, como la de la Tierra, la magnetosfera de Mercurio tiene una cola separada en dos por una capa neutra.

Durante su segundo vuelo sobre el planeta, el , MESSENGER descubre que el campo magnético de Mercurio puede ser extremadamente permeable. De hecho, la nave espacial se encuentra con "tornados" magnéticos (haces retorcidos de campos magnéticos que conectan el campo magnético planetario con el espacio interplanetario) que miden hasta 800  km de ancho, o un tercio del radio del planeta. Estos tubos de flujo magnético retorcidos forman ventanas abiertas en el escudo magnético del planeta a través de las cuales el viento solar puede entrar e impactar directamente en la superficie de Mercurio por reconexión magnética . Esto también sucede en el campo magnético de la Tierra, sin embargo, la tasa de reconexión es diez veces mayor en Mercurio.

Observación

Fotografía en color de un cielo al inicio del día en el que podemos ver a Mercurio.
El mercurio visible para el bien a simple vistaal amanecer en el sur de Alemania (en caja).

Visibilidad

La magnitud aparente de Mercurio puede variar entre -2,48 (entonces más brillante que Sirio ) durante su conjunción superior y +7,25 (luego excediendo el límite de visibilidad a simple vista ubicado en +6 y por lo tanto haciéndolo invisible) alrededor de la conjunción inferior. La magnitud aparente media es 0,23 con una desviación estándar de 1,78, que es el más grande de todos los planetas, debido a la forma de excentricidad orbital del planeta. La magnitud aparente media en la conjunción superior es -1,89 mientras que en la conjunción inferior es +5,93. La observación de Mercurio es complicada debido a su proximidad al sol en el cielo, porque luego se pierde en el resplandor de la estrella . El mercurio solo se puede observar durante un corto período de tiempo al amanecer o al anochecer .

Como varios otros planetas y las estrellas más brillantes, Mercurio se puede observar durante un eclipse solar total. Además, como la Luna y Venus, Mercurio exhibe fases como se ve desde la Tierra. Se dice que es "nuevo" en la conjunción inferior y "completo" en la conjunción superior. Sin embargo, el planeta se vuelve invisible desde la Tierra en ambas ocasiones porque está oscurecido por el Sol (excepto durante el tránsito). Además, técnicamente, Mercurio es el más brillante cuando está lleno. Entonces, aunque Mercurio está más lejos de la Tierra cuando está lleno, tiene un área iluminada visible más grande y el efecto opuesto compensa la distancia. Lo contrario es cierto para Venus , que parece más brillante cuando crece porque está mucho más cerca de la Tierra.

No obstante, la apariencia más brillante (de fase completa) de Mercurio es en realidad incompatible con la observación práctica, debido a la extrema proximidad del planeta al sol en este momento. El mejor momento para observar Mercurio es, pues, durante su primer o último turno, aunque se trata de fases de menor luminosidad. Las fases del primer y último trimestre ocurren durante el mayor alargamiento al este (alrededor de septiembre / octubre) y al oeste (alrededor de marzo / abril) del sol, respectivamente. En estos dos momentos, la separación de Mercurio del sol varía entre 17,9 ° en el perihelio y 27,8 ° en el afelio. En su máximo alargamiento en el oeste, Mercurio se eleva antes del amanecer, y en su máximo alargamiento en el este, se pone después de la puesta del sol, haciéndolo más fácilmente observable.

Fotografía en color de un astrofísico inclinado sobre un instrumento de observación.
Un astrofísico observa el tránsito de Mercurio desde, en Irlanda .

El mercurio es más visible desde los trópicos y subtrópicos que desde las latitudes más altas . Vista desde latitudes bajas y en las épocas adecuadas del año, la eclíptica se cruza con el horizonte en un ángulo agudo. En este momento, Mercurio está directamente sobre el sol (es decir, su órbita parece vertical desde la Tierra) y está en su máxima elongación del sol (28 °). Cuando llega la hora del día a la Tierra cuando el sol está 18 ° por debajo del horizonte de modo que el cielo está completamente oscuro ( crepúsculo astronómico ), Mercurio está en un ángulo de 28-18 = 10 ° au- por encima del horizonte en una oscuridad total. cielo: está entonces en su máxima visibilidad para un observador terrestre.

Además, los observadores ubicados en el hemisferio sur tienen una ventaja sobre los del norte , con una latitud de igual valor absoluto . De hecho, en este hemisferio, el alargamiento máximo de Mercurio en el oeste (mañana) solo ocurre a principios de otoño (marzo / abril) y su alargamiento máximo en el este (tarde) solo ocurre 'al final del invierno (septiembre / Octubre). En estos dos casos, el ángulo de intersección de la órbita del planeta con la eclíptica (y por tanto el horizonte ) está entonces en su máximo durante estas estaciones , lo que permite que Mercurio ascienda varias horas antes del amanecer en el primer caso y no se ponga hasta varias horas después de la puesta del sol en el segundo, desde latitudes medias del sur como Argentina y Sudáfrica . Por el contrario, en el hemisferio norte, la eclíptica está mucho menos inclinada por la mañana en marzo / abril y por la noche en septiembre / octubre, por lo que Mercurio está muy cerca del horizonte incluso durante su alargamiento máximo, incluso cuando a veces es claramente visible. cerca de Venus , en el cielo.

Otro método para observar Mercurio es observar el planeta durante las horas del día cuando las condiciones son despejadas, idealmente cuando se encuentra en su mayor aspecto. Esto hace que sea fácil encontrar el planeta, incluso cuando se utilizan telescopios con pequeñas aberturas. Sin embargo, se debe tener mucho cuidado para asegurarse de que el instrumento no apunte directamente al sol debido al riesgo de daño ocular. Este método permite sortear la limitación de la observación al anochecer cuando la eclíptica se encuentra a baja altitud (por ejemplo, en las tardes de otoño).

En general, las observaciones de Mercurio usando un telescopio terrestre, sin embargo, revelan solo un disco parcial de color naranja iluminado con pocos detalles. La proximidad al horizonte dificulta la observación con telescopios, ya que su luz debe recorrer una distancia mayor a través de la atmósfera terrestre y se ve perturbada por turbulencias , como la refracción y la absorción, que difuminan la imagen. El planeta suele aparecer en el telescopio como un disco en forma de media luna. Incluso con telescopios potentes, apenas hay características distintivas en su superficie. Por otro lado, el telescopio espacial Hubble no puede observar Mercurio en absoluto, debido a los procedimientos de seguridad que evitan que apunte demasiado cerca del Sol.

Tránsito de Mercurio

Un tránsito de Mercurio ocurre cuando la Tierra se encuentra entre el observador y el sol . Entonces es visible en forma de un punto negro muy pequeño que cruza el disco solar. También sería posible que un observador en otro planeta viera un tránsito, como el tránsito de Mercurio desde Venus . Los tránsitos de mercurio vistos desde la Tierra tienen lugar con una frecuencia relativamente regular en la escala astronómica de aproximadamente 13 o 14 por siglo, debido a la proximidad del planeta al Sol.

El primer tránsito de Mercurio se observa en de Pierre Gassendi , aunque su existencia fue prevista por Johannes Kepler antes de su muerte en 1630. En 1677, la observación del tránsito de Mercurio permitió por primera vez resaltar el fenómeno de la gota negra , efecto de la difracción de instrumentos ópticos .

El tránsito de Mercurio también permitió realizar diversas mediciones, incluida la del tamaño del universo o variaciones a largo plazo en el radio del Sol.

Los tránsitos pueden ocurrir en mayo a intervalos de 13 o 33 años , o en noviembre cada 7, 13 o 33 años . Los últimos cuatro tránsitos de Mercurio datan del 7 de mayo de 2003 , 8 de noviembre de 2006 , 9 de mayo de 2016 y 11 de noviembre de 2019  ; los siguientes cuatro se llevarán a cabo el, la , la y el .

Historia de su observación

Observación desde la Tierra

Antes de los telescopios

Fotografía de una estatua del dios Mercurio con un taparrabos corto y coronada.
Mercurio , el mensajero de los dioses.

El mercurio se conoce desde que los humanos se interesaron por el cielo nocturno; la primera civilización que han dejado un rastro de papel es la civilización sumeria ( III º  milenio antes de Cristo. ) que la llamó "  Ubu-idim-GUD-ud  " (que significa "planeta salto").

Los primeros escritos de observaciones detalladas de Mercurio nos llegan de los babilonios con las tablas de Mul Apin . Los babilonios llaman a esta estrella Nabû en referencia al dios del conocimiento en la mitología mesopotámica . También son los primeros en estudiar el movimiento aparente de Mercurio, que es diferente al de otros planetas.

Más tarde, en los tiempos antiguos , los griegos , los herederos de diseños indoeuropeas (paléoastronomie) consideran IV º  siglo  aC. BC que Mercurio visible antes del amanecer por un lado y Mercurio visible después del atardecer por otro lado cayó bajo dos estrellas separadas. Estos se llaman respectivamente Στίλβων (Stilbōn), que significa "el brillante" y Ἑρμῆς ( Hermes ) debido a su rápido movimiento. Este último también sigue siendo el nombre del planeta en griego moderno . La estrella de la mañana también se habría llamado appeléeπόλλων ( Apolo ). Los egipcios hicieron lo mismo, dando el nombre de Set a la estrella de la mañana y Horus a la estrella de la tarde.

Los romanos nombraron al planeta en honor al mensajero de los dioses Mercurio (en latín Mercurius ), equivalente a Hermes para la mitología romana , porque se mueve en el cielo más rápido que todos los demás planetas. También dios protector de los comerciantes, médicos y ladrones, el símbolo astronómico de Mercurio es una versión estilizada del caduceo de Hermes. También se supone que el símbolo vendría de una derivación de la primera letra de su antiguo nombre griego Στίλβων (Stilbōn).

Ferry, un contribuyente a la Wahlen diccionario , escribe sobre esto:

"¿Por qué, entonces, un planeta tan poco importante en el sistema del que forma parte lleva el nombre del mensajero de los dioses en el Olimpo mitológico" Esto se debe a que se encuentra con bastante frecuencia junto con otros planetas entre los cuales estas conexiones son mucho más raras. Como la duración de su revolución alrededor del Sol o su año es solo una cuarta parte del año terrestre, en este corto espacio de tiempo lo vemos moverse hacia un planeta y luego de acercarse alejarse para hacer otra visita tan puntualmente terminada. La repetición frecuente de este tipo de viajes puede haber dado lugar a la idea de otro mensajero. "

El astrónomo greco-egipcio Tolomeo evoca la posibilidad de tránsitos planetarios frente al Sol en su obra Hipótesis planetarias . Sugiere que si nunca se observó ningún pasaje, fue porque planetas como Mercurio eran demasiado pequeños para ser vistos o porque los pasajes eran demasiado infrecuentes.

Fotografía de una antigua página manuscrita con un diagrama astronómico.
Modelo de Ibn al-Shâtir que describe las apariciones de Mercurio y muestra la multiplicación de epiciclos utilizando el teorema de La Hire .

En la antigua China , Mercurio se conoce como la "estrella prensada" (Chen-xing 辰星). Está asociado con la dirección norte y la fase del agua en el sistema de cosmología de las Cinco Fases (Wuxing). Las culturas moderna china , coreana , japonesa y vietnamita se refieren al planeta literalmente como "la estrella del agua" (水星), basándose en los Cinco Elementos. La mitología hindú usa el nombre de Buda para Mercurio, y se cree que este dios presidió el miércoles. El dios Odin de la mitología nórdica también está asociado con el planeta Mercurio y el miércoles. Este vínculo con el tercer día de la semana también se encuentra entre los romanos, que luego dieron en francés el nombre de miércoles (para "  Mercurii muere  ", el día de Mercurio).

La civilización maya habría representado a Mercurio como un búho (o potencialmente cuatro, dos representando su aparición matutina y dos la vespertina) sirviendo como mensajero al inframundo.

En la astronomía árabe , Al-astrónomo Zarqali describe en la XI ª  órbita geocéntrica siglo de Mercurio como una elipse , aunque esta intuición no ha influido en su teoría astronómica o cálculos astronómicos. En el XII °  siglo, Ibn Báyya observa "dos planetas como puntos negros en la cara del Sol" , que más tarde se sugirió que el tránsito de Mercurio y / o de Venus por el astrónomo de Maragha Qutb al-Din al-Shirazi la XIII ª  siglo. Sin embargo, los astrónomos más recientes plantean dudas sobre la observación de los tránsitos por parte de los astrónomos árabes medievales, que han sido potencialmente confundidos con manchas solares . Por lo tanto, cualquier observación de un tránsito de Mercurio antes de los telescopios sigue siendo especulativa.

En la India , el astrónomo Nilakantha Somayaji la escuela en Kerala desarrolló en el XV °  modelo del siglo una parte heliocéntrica en la que Mercurio orbita alrededor del Sol, que a su vez órbita alrededor de la Tierra, similar a tychonique sistema de Tycho Brahe entonces propuso la XVI ª  siglo.

Búsqueda de telescopio desde la Tierra

Las primeras observaciones telescópicas de mercurio fueron hechas por Galileo a principios del XVI °  siglo. Aunque observó fases cuando miró a Venus , su telescopio no es lo suficientemente poderoso para ver las fases de Mercurio. En 1631, Pierre Gassendi hizo las primeras observaciones telescópicas del tránsito de un planeta a través del Sol cuando vio un tránsito de Mercurio predicho por Johannes Kepler . En 1639, Giovanni Zupi utilizó un telescopio para descubrir que el planeta tenía fases similares a las de Venus y la Luna. La observación demuestra de manera concluyente que Mercurio orbita alrededor del Sol.

Un evento raro en astronomía es el paso de un planeta frente a otro visto desde la Tierra ( ocultación ). Mercurio y Venus se oscurecen mutuamente cada pocos siglos y el evento del 28 de mayo de 1737 es el único que se ha observado históricamente, habiendo sido visto por John Bevis en el Observatorio Real de Greenwich . La próxima ocultación de Mercurio por Venus tendrá lugar el 3 de diciembre de 2133.

Las dificultades inherentes a la observación de Mercurio significan que ha sido mucho menos estudiado que los otros planetas. En 1800, Johann Schröter hizo observaciones de su superficie, afirmando haber observado montañas de 20 kilómetros de altura. Friedrich Bessel utiliza los dibujos de Schröter para estimar erróneamente que el período de rotación es de 24 horas y una inclinación axial de 70 °. En la década de 1880, Giovanni Schiaparelli mapea el planeta con mayor precisión y sugiere que el período de rotación de Mercurio es de 88 días , el mismo que su período orbital debido a la rotación sincrónica . El esfuerzo por cartografiar la superficie de Mercurio fue continuado por Eugène Antoniadi , quien en 1934 publicó un libro que incluía mapas y sus propias observaciones. Muchas características de la superficie del planeta, especialmente las formaciones de albedo , reciben su nombre del mapa de Antoniadi.

Fotografía en color, desde arriba, del radiotelescopio de Arecibo.
El radiotelescopio de Arecibo , un instrumento para cartografiar Mercurio.

En , Los científicos soviéticos del Instituto de Radioingeniería y Electrónica de la Academia de Ciencias de la URSS , encabezados por Vladimir Kotelnikov , son los primeros en hacer rebotar una señal de radar en Mercurio y recibirla, lo que permitió el inicio de observaciones de radar del planeta. Tres años después, las observaciones de radar de los estadounidenses Gordon H. Pettengill y Rolf B. Dyce, utilizando el radiotelescopio de 300 metros en el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico , muestran de manera concluyente que el período de rotación del planeta tiene aproximadamente 59 días . La teoría de que la rotación de Mercurio es sincrónica estaba muy extendida en ese momento, por lo que fue una sorpresa para los astrónomos cuando se anunciaron estas observaciones de radio. Si Mercurio estuviera realmente bloqueado como se pensaba anteriormente, su lado oscuro habría estado extremadamente frío, pero las mediciones de emisiones de radio revelan que está mucho más caliente de lo esperado. Los astrónomos dudan por un tiempo en abandonar la teoría de la rotación sincrónica y proponer mecanismos alternativos, como fuertes vientos que distribuyen el calor, para explicar las observaciones.

El astrónomo italiano Giuseppe Colombo señala que el período de rotación es aproximadamente dos tercios del período orbital de Mercurio, y es el primero en proponer que los períodos orbital y de rotación del planeta estén bloqueados en una resonancia de 3: 2 en lugar de 1: 1, como es el caso entre la Tierra y la Luna, por ejemplo. Los datos del Mariner 10 lo confirmaron posteriormente.

Las observaciones ópticas terrestres no han revelado mucho más sobre Mercurio, pero los radioastrónomos que utilizan interferometría de microondas , una técnica que elimina la radiación solar , han podido discernir las características físicas y químicas de las capas subterráneas a una profundidad de varios metros. En 2000, un telescopio del observatorio Mont Wilson llevó a cabo observaciones de alta resolución conocidas como imágenes afortunadas . Proporcionan las primeras vistas que permiten conocer las características de la superficie de partes de Mercurio que no habían sido fotografiadas durante la misión Mariner 10. La mayor parte del planeta está mapeada por el telescopio de radar de Arecibo, incluidos los depósitos. De lo que podría ser hielo de agua. en los cráteres polares sombreados.

Cartografía

De observaciones terrestres

El primer astrónomo que han discernido las características geológicas de mercurio es Johann Hieronymus Schröter que, hacia el final de la XVIII ª  siglo, se basa en detalle lo que había observado, incluyendo montañas muy altas. Sin embargo, sus observaciones son invalidadas por William Herschel, quien no pudo ver ninguna de estas características.

Posteriormente, otros astrónomos hicieron mapas de Mercurio, entre ellos el italiano Giovanni Schiaparelli y el estadounidense Percival Lowell (en 1896 ). Ven áreas oscuras en forma de líneas, similares a los canales de Marte que también habían dibujado y que creían que eran artificiales.

La mejor carta pre-Mariner 10 proviene del franco-griego Eugène Antoniadi a principios de la década de 1930 . Se utilizó durante casi 50 años hasta que Mariner 10 devolvió las primeras fotos del planeta. Antoniadi muestra que los canales eran solo una ilusión óptica. Reconoce que es imposible dibujar un mapa preciso de Mercurio a partir de las observaciones realizadas al amanecer o al anochecer debido a las perturbaciones atmosféricas (el grosor de la atmósfera de la Tierra por el que debe pasar la luz cuando Mercurio está en el horizonte es importante y crea distorsiones en la imagen). Luego se compromete a realizar observaciones, peligrosas, a plena luz del día, cuando el sol está muy por encima del horizonte. Por lo tanto, gana en nitidez, pero pierde en contraste debido a la luz del sol. Antoniadi aún logra completar su mapa en 1934 , formado por llanuras y montañas.

Las coordenadas utilizadas en estos mapas son de poca importancia ya que se establecieron cuando se creía, como había afirmado Schiaparelli, que el período de rotación de Mercurio sobre sí mismo era el mismo que el período de revolución alrededor del Sol. Por lo tanto, es la cara que se supone que está siempre iluminada la que se ha cartografiado. Solo Lowell y Antoniadi habían anotado sus mapas.

Desde Mariner 10

En 197475 , Mariner 10 rapporte des photographies en haute résolution permettant la cartographie d'environ 45 % de sa surface, révélant les détails topographiques jamais vus auparavant : une surface recouverte de cratères avec des montagnes et des plaines, très ressemblante à celle de La luna. Es bastante difícil establecer una correlación entre las características fotografiadas por la sonda y los mapas establecidos por el telescopio. Se encontró que algunas de las manifestaciones geológicas en el mapa de Antoniadi eran inexistentes. Asimismo, estas fotografías permiten la publicación en 1976 del primer atlas del planeta por parte de la NASA ( Atlas de Mercurio ), revelando por primera vez las formaciones geológicas del planeta incluyendo, por ejemplo, su única cordillera: Caloris Montes .

Los define Unión Astronómica Internacional en 1970 el meridiano 0 ° como el meridiano solar la primera perihelio después de 1 st  de enero de 1,95 mil , es decir, uno de los dos puntos calientes. Sin embargo, el sistema de coordenadas utilizado por Mariner 10 se basa en el meridiano de 20 ° que cruza el cráter Hun Kal (que significa "20" en maya ), lo que da como resultado un ligero error de menos de 0,5 ° con respecto al meridiano 0. ° definido por el UAI - porque el meridiano 0 estaba a oscuras durante sus sobrevuelos. El cráter Hun Kal es una especie de Greenwich de Mercurio. El ecuador se encuentra en el plano de la órbita de Mercurio y las longitudes se miden de 0 ° a 360 ° en dirección oeste . Por lo tanto, los dos puntos más calientes del ecuador se encuentran en las longitudes 0 ° W y 180 ° W, y los puntos más fríos del ecuador están en las longitudes 90 ° W y 270 ° W. A la inversa, el proyecto MESSENGER utiliza una convención positiva hacia el este.

El mercurio se corta en 15 cuadrángulos. Se utilizan varios métodos de proyección para mapear la superficie de Mercurio, dependiendo de la posición del cuadrilátero en el globo. Cinco proyecciones de Mercator ( proyección cilíndrica tangente al ecuador) rodean el planeta al nivel del ecuador, entre las latitudes 25 ° norte y 25 ° sur; cuatro proyecciones de Lambert ( proyección cónica) entre 20 ° y 70 ° de latitud para cada hemisferio; y dos proyecciones estereográficas para mapear los polos (hasta 65 ° de latitud).

Cada cuadrilátero comienza con la letra H (para "Hermes"), seguida de su número (del 1, Polo Norte, al 15, Polo Sur). Su nombre proviene de una característica importante presente en su región (cuenca, cráter,  etc. ) y se les asigna un nombre de albedo (entre paréntesis). Los nombres de albedo asignados a este nuevo mapa provienen del de Antoniadi, ya que fue el utilizado hasta entonces por todos los observadores durante varias décadas. Se utilizan para localizar cuadrángulos durante las observaciones con telescopio desde la Tierra, donde solo se pueden distinguir variaciones en la intensidad de la luz.

Cuadrángulos de Mercurio
Cuadrilátero apellido Latitud Longitud Proyección
H-1 Borealis (Borea) 65º - 90 ° N 0º - 360 ° O Estereográfica
H-2 Victoria (Aurora) 21º - 66 ° N 0 ° - 90 ° O Lambert
H-3 Shakespeare (Caduceata) 21º - 66 ° N 90 ° - 180 ° O Lambert
H-4 Raditladi (Liguria) 21º - 66 ° N 180 ° - 270 ° O Lambert
H-5 Hokusai (Apolonia) 21º - 66 ° N 270 ° - 360 ° O Lambert
H-6 Kuiper (Tricrena) 22º N - 22 ° S 0 ° - 72 ° O Mercator
H-7 Beethoven (Solitudo Lycaonis) 22º N - 22 ° S 72º - 144 ° W Mercator
H-8 Tolstoj (Phaethontias) 22º N - 22 ° S 144º - 216 ° W Mercator
H-9 Eminescu (Solitudo Criophori) 22º N - 22 ° S 216º - 288 ° W Mercator
H-10 Derain (Pieria) 22º N - 22 ° S 288º - 360 ° W Mercator
H-11 Descubrimiento (Solitudo Hermae Trismegisti) 21º - 66 ° S 0º - 90 ° O Lambert
H-12 Miguel Ángel (Solitudo Promethei) 21º - 66 ° S 90 ° - 180 ° O Lambert
H-13 Neruda (Perséfone de Solitudo) 21º - 66 ° S 180 ° - 270 ° O Lambert
H-14 Debussy (Cyllene) 21º - 66 ° S 270 ° - 360 ° O Lambert
H-15 Bach (Australia) 65º - 90 ° S 0 ° - 360 ° O Estereográfica

En 2016, gracias a más de 100.000 imágenes tomadas por la sonda MESSENGER, la NASA proporcionó el primer modelo topográfico de Mercurio. Esto da los puntos de elevación máxima y mínima del planeta, respectivamente a 4,48  km por encima de la elevación media ubicada en uno de los terrenos más antiguos del planeta cerca del ecuador y a 5,38  km por debajo de la elevación media del planeta, en la parte inferior. de la cuenca de Rachmaninoff .

Exploración robótica

Llegar a Mercurio desde la Tierra plantea importantes desafíos técnicos, ya que orbita mucho más cerca del Sol que de la Tierra. Esto implica que una sonda que va a Mercurio debe gastar más energía que la que va a Plutón .

Mercurio tiene una velocidad orbital de 48  km / s , mientras que la velocidad orbital de la Tierra es de 30  km / s . Por lo tanto, la nave espacial debe hacer un gran cambio Delta-v para entrar en una órbita de transferencia Hohmann que pasa cerca de Mercurio, en comparación con el Delta-v requerido para otras misiones planetarias. Además, es necesario situarse en el plano orbital de Mercurio, que está inclinado 7 ° con respecto a la eclíptica , que también requiere energía.

La energía potencial liberada al descender por el pozo potencial del Sol se convierte en energía cinética  : entonces se hace necesaria una gran variación negativa de velocidad para reducir la velocidad y ponerse en órbita estable. Debido a la atmósfera significativa de Mercurio, una nave espacial depende completamente de sus motores a reacción , excluyendo el aerofrenado . Por estas razones, una misión que implique un aterrizaje en Mercurio es muy difícil, por lo que nunca antes se había hecho.

Sin embargo, los avances en el campo de la mecánica espacial hacen que este tipo de misión sea alcanzable a un costo razonable gracias a una serie de maniobras de asistencia gravitacional .

Diagrama de colores que muestra la trayectoria de la sonda.
Trayectoria MESSENGER  : la sonda espacial realiza un sobrevuelo del planeta seis veces con el fin de obtener la asistencia gravitacional necesaria para ponerse en órbita alrededor de Mercurio.

Además, la proximidad de Mercurio al Sol implica que una sonda que orbita el planeta recibe unas diez veces más energía del Sol que cuando está en una órbita terrestre y el suelo de Mercurio en su cara iluminada refleja gran parte del calor que recibe. del Sol, aumentando las tensiones térmicas sufridas por una máquina a baja altitud (las temperaturas pueden superar los 400  ° C en la superficie de la sonda).

Estas dificultades significan que un viaje a Mercurio requiere más combustible del necesario para escapar por completo del Sistema Solar. Por tanto, su exploración fue posterior a planetas como Venus o Marte y solo dos sondas espaciales la visitaron antes de la llegada de BepiColombo prevista para 2025.

Cuadro resumen de misiones a Mercurio
Investigacion Estado Evento Con fecha de Agencia Espacial Logros clave
Bandera de estados unidosMarinar 10 Misión completada Lanzamiento NASA Primer sobrevuelo exitoso de Mercurio.

Primer uso de la asistencia gravitacional de un planeta para modificar la velocidad y la trayectoria de una sonda espacial.

Primera descripción general
Segundo sobrevuelo
Tercer sobrevuelo
Bandera de estados unidosMENSAJERO Misión completada Lanzamiento NASA Primero se puso en órbita alrededor de Mercurio.
Primera descripción general
Segundo sobrevuelo
Tercer sobrevuelo
Orbital a la 1 a.m. UTC
clase de borde = noviewer Bandera de japónBepiColombo Misión en progreso Lanzamiento ESA / JAXA
Orbital planeado para 2025

Marinar 10

Fotografía en color de la nave espacial Mariner 10 destacando, con sus paneles solares, contra el cielo estrellado.
La sonda Mariner 10 enviada por la NASA.

Mariner 10 es la primera sonda que estudia Mercurio de cerca. Desarrollado por la agencia espacial estadounidense, NASA , y lanzado el, sobrevuela el planeta tres veces, en marzo y septiembre de 1974 y en marzo de 1975 . Originalmente, estaba destinado a sobrevolar y estudiar Venus , pero los astrónomos creen que también podrían usarlo para estudiar Mercurio, del que se sabía poco. El Mariner 10 es, por tanto, la primera sonda que ha utilizado la asistencia gravitacional de un planeta, Venus, para alcanzar otro.

Equipado con una cámara , un magnetómetro y varios espectrómetros , Mariner 10 permite notablemente el descubrimiento de un campo magnético significativo y la alta densidad del planeta, revelando un gran núcleo ferroso. Los telescopios terrestres más potentes no habían logrado obtener imágenes de calidad de la superficie, debido a la proximidad de la alineación con el Sol. Durante estos tres pasajes, la sonda toma más de 2.000 fotografías de Mercurio. Sin embargo, las fotos tomadas por Mariner 10 solo nos permiten mapear cerca del 45% de la superficie del planeta, porque durante los tres pasajes Mercurio presentó la misma cara al Sol; Por lo tanto, las regiones a la sombra eran imposibles de trazar. Estas imágenes revelan una superficie cubierta de cráteres, muy similar a la de la Luna.

Mariner 10 permite descubrir la presencia de una atmósfera muy fina, así como una magnetosfera. Esto último fue una sorpresa para los astrónomos. También proporciona detalles sobre su velocidad de rotación. La misión termina en, cuando la sonda se quedó sin combustible. Como su órbita ya no se puede controlar con precisión, los controladores de la misión ordenan que la sonda se apague. Por lo tanto, el Mariner 10 todavía estaría en órbita alrededor del Sol, pasando cerca de Mercurio cada pocos meses.

MENSAJERO

Animación en color que presenta los sucesivos ciclos de revolución de la sonda MESSENGER alrededor de Mercurio.
Animación de la trayectoria de MESSENGER alrededor de Mercurio desde para .
  • MENSAJERO
  • Mercurio
  • MESSENGER (para MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry y Ranging ) es la séptima misión del programa Discovery , que reúne proyectos de exploración del sistema solar a un costo moderado y un tiempo de desarrollo corto. La sonda, cuya masa, incluidos los propulsores , es de 1,1 toneladas, lleva siete instrumentos científicos, incluidos varios espectrómetros , un altímetro láser , un magnetómetro y cámaras. Se lanza endesde Cabo Cañaveral , a bordo de un lanzador Delta II , el lanzamiento se había pospuesto un día debido al mal tiempo.

    La sonda tarda unos seis años y medio en entrar en órbita alrededor de Mercurio. Para lograrlo, realiza durante su tránsito seis sobrevuelos cercanos a los planetas interiores (la Tierra en, Venus dos veces en y 2007 y Mercury tres veces, en y y en ), con algunas correcciones del curso intermedio. Durante estos sobrevuelos de Mercurio, se recopilan datos suficientes para producir imágenes de más del 95% de su superficie. MESSENGER también observa el máximo solar de 2012.

    El objetivo de la misión es realizar un mapeo completo del planeta, estudiar la composición química de su superficie y su exosfera , su historia geológica, su magnetosfera , el tamaño y características de su núcleo así como el origen de sus magnéticos. campo .

    El final de la misión, inicialmente fijado en , se empuja hacia atrás dos veces para , y en la fase final, la sonda espacial se coloca en una órbita más cercana, lo que permite alargar el tiempo de observación de sus instrumentos y aumentar la resolución de los datos. MESSENGER, después de haber agotado los propulsores utilizados para mantener su órbita, se estrella contra el suelo de Mercurio en.

    Durante su misión, MESSENGER toma más de 277.000 fotos, algunas de las cuales tienen una resolución de 250 metros por píxel, y permite producir mapas de su composición general, un modelo tridimensional de la magnetosfera, la topografía del hemisferio norte. y caracterizar los elementos volátiles presentes en los cráteres constantemente sombreados de los polos.

    BepiColombo

    Desde la década de 2000, la Agencia Espacial Europea planea en colaboración con la Agencia Espacial Japonesa una misión llamada BepiColombo. Este prevé colocar dos sondas en órbita alrededor de Mercurio: una para el estudio del interior y la superficie del planeta ( Mercury Planetary Orbiter ), desarrollada por la ESA, y la otra para estudiar su magnetosfera ( Mercury Magnetospheric Orbiter ), desarrollada por JAXA. . Se planea un proyecto para enviar un módulo de aterrizaje a bordo con la misión y luego se abandona, por razones presupuestarias. Estas dos sondas son enviadas por un lanzador Ariane 5 en. Deberían unirse a Mercurio unos ocho años después, a fines de 2025, utilizando, como las sondas anteriores, asistencia gravitacional . Su principal misión durará hasta, con una posible prórroga hasta .

    El programa BepiColombo tiene como objetivo dar respuesta a una decena de preguntas que los astrónomos se hacen, en particular sobre la magnetosfera y la naturaleza del núcleo de Mercurio (líquido o sólido), la posible presencia de hielo en el fondo de cráteres constantemente a la sombra, del formación del Sistema Solar y de la evolución en general de un planeta en las proximidades de su estrella . También se realizarán mediciones muy precisas del movimiento de Mercurio, con el fin de verificar la teoría de la relatividad general , la explicación actual de la precesión del perihelio observado en su órbita.

    Habitabilidad

    El planeta Mercurio es un lugar recurrente en las obras de ciencia ficción . Los temas comunes relacionados con este planeta incluyen los peligros de estar expuestos a la radiación solar y la posibilidad de escapar de la radiación excesiva al permanecer en el terminador lento del planeta (la frontera entre el día y la noche), especialmente para las obras escritas antes de 1965 , cuando todavía pensábamos que Mercurio poseía una rotación sincrónica 1: 1 con el Sol (y por lo tanto tenía una cara constante al sol), como en un círculo vicioso de Isaac Asimov , o en las noticias de Leigh Brackett . Otro tema tratado es el de los gobiernos autocráticos o violentos, por ejemplo Rendezvous with Rama de Arthur C. Clarke . Aunque estos relatos son ficticios, según estudios publicados en, es posible considerar que partes del planeta pueden haber sido habitables . Por tanto, es posible que en el planeta hayan existido formas de vida reales, aunque probablemente microorganismos primitivos.

    Además, un cráter en el polo norte y el polo sur de Mercurio, podría ser uno de los mejores lugares extranjero para establecer una colonia humana, donde la temperatura se mantendrá constante a aproximadamente -200  ° C . Esto se debe a una inclinación axial casi nula del planeta, y al vacío casi perfecto en su superficie, que impide la entrada de calor de las porciones iluminadas por el sol. Además, se encuentra hielo en estos cráteres, lo que permite el acceso al agua para la colonia.

    Una base en cualquier otro lugar estaría expuesta, en un día de Mercurio (durante aproximadamente dos meses terrestres), al intenso calor del Sol , luego, durante un período nocturno idéntico, se vería privada de cualquier fuente de calor externa: entonces experimentaría temperaturas. diurnas de 430  ° C y de noche temperaturas de -180  ° C . Sin embargo, para evitar estas variaciones térmicas, las instalaciones podrían enterrarse bajo varios metros de regolito que, en vacío, serviría tanto de aislamiento térmico como de escudo antirradiación. Se han propuesto enfoques similares para establecer bases en la Luna , que tiene una luz diurna de dos semanas, seguida también de una noche de dos semanas. En general, la colonización de Mercurio tiene ciertas similitudes con la de la Luna, debido a su período relativamente largo alrededor del Sol, su inclinación casi nula y su ausencia de atmósfera: la colonización de Mercurio podría tener lugar con casi las mismas tecnologías. Mercurio incluso tendría una ventaja sobre la Luna: la gravedad en el planeta es el 38% de la de la Tierra, esto es suficiente para evitar que los astronautas reduzcan la masa ósea que se produce en un entorno de muy baja gravedad.

    Además, al estar el planeta cerca del Sol, sería posible capturar grandes cantidades de energía durante el día y luego utilizarla por la noche. Por otro lado, la protección de robots y vehículos contra el calor de la estrella podría plantear muchas más dificultades, provocando una limitación de las actividades en superficie durante el día o una protección térmica muy importante.

    Otra solución se menciona en las novelas y cuentos de Kim Stanley Robinson , particularmente en The Mars Trilogy (1996) y 2312 (2012), donde Mercury alberga una gran ciudad llamada Terminator, poblada por una gran cantidad de artistas y músicos. Para evitar la peligrosa radiación solar , la ciudad rodea el ecuador del planeta sobre rieles a una velocidad que sigue la rotación del planeta, de modo que el sol nunca se eleva completamente por encima del horizonte. Una ciudad ubicada en el lado oscuro del planeta, y siguiendo la lenta rotación del planeta sobre rieles para preceder al sol es, por tanto, una solución realmente contemplada.

    Finalmente, una colonización de Mercurio sería de interés económico, porque residen concentraciones de minerales mucho más altas que en todos los demás planetas del Sistema Solar.

    Comparaciones

    Comparación del tamaño de Mercurio con otros objetos del Sistema Solar
    Mercurio, Tierra
    Mercurio, Venus , Tierra , Marte
    Fila de atrás: Marte , Mercurio
    Frente: Luna , Plutón , Hauméa

    Notas y referencias

    Notas

    1. Plutón ha sido considerado durante mucho tiempo el planeta más pequeño del Sistema Solar, pero fue reclasificado como planeta enano por la Unión Astronómica Internacional en 2006 y, por lo tanto, ya no se considera un planeta.
    2. El desplazamiento angular total del Sol durante su aparente movimiento retrógrado, visto desde la superficie de Mercurio, es ~ 1.23 °, mientras que el diámetro angular del Sol cuando el movimiento aparente retrógrado comienza y termina es ~ 1.71 °, aumentando a ~ 1.73 ° en el perihelio (a la mitad del movimiento retrógrado)
    3. ver #Desde Mariner 10
    4. O antes de la fase roja gigante de la evolución del Sol.
    5. La demostración completa de esta fórmula se presenta en el sitio web de Christian Magnan .
    6. 42,98 segundos de arco corresponde a 42,98 × 0,0003 = 0,012894 grados en un siglo, por lo tanto 360 ÷ 0,012894 = 27920 siglos para una revolución completa.
    7. Si Rnucle = 0.85 * Rplanet, entonces Vnucle = 0.85 ^ 3 Vplanet = 0.614 Vplanet, siendo el volumen proporcional al cubo del radio.
    8. ver # Órbita .

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    Ver también

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      Los coautores del artículo son Chuanfei Dong, Liang Wang, Ammar Hakim, Amitava Bhattacharjee, James A. Slavin, Gina A. DiBraccio y Kai Germaschewski.

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