MERCURIO(3)

Missioni spaziali

Mercurio è stato visitato per la prima volta nel 1974 dalla sonda statunitense Mariner 10, che ha teletrasmesso a terra fotografie registrate nel corso di tre successivi sorvoli.

La prima immagine dell'emisfero "sconosciuto" di Mercurio inviata da MESSENGER il 14 gennaio 2008

Concepito per l'osservazione di Venere e Mercurio, il Mariner 10 venne lanciato il 3 novembre 1973 e raggiunse il pianeta nel 1974. La sonda statunitense si avvicinò fino ad alcune centinaia di chilometri dal pianeta, trasmettendo circa 6.000 fotografie e mappando il 40% della superficie mercuriana.

La NASA ha lanciato nel 2004 la sonda MESSENGER, il cui primo passaggio ravvicinato di Mercurio, avvenuto il 14 gennaio 2008, è stato seguito dal fly-by di ottobre 2008 ed è stato replicato il 29 settembre 2009 prima dell'ingresso in orbita attorno al pianeta, il 18 marzo 2011. In seguito al primo fly-by di Mercurio, la sonda MESSENGER ha inviato a terra le prime immagini dell'emisfero "sconosciuto" di Mercurio.

Per il 2016 è invece previsto il lancio, da parte dell'ESA, della missione spaziale BepiColombo, così battezzata in onore dello scienziato, matematico e ingegnere Giuseppe Colombo (1920-1984), volta esclusivamente all'esplorazione del pianeta più interno.

Parametri orbitali

L'orbita di Mercurio risulta essere ellittica solo in prima approssimazione, è infatti soggetta alla precessione del perielio, effetto che mise in difficoltà gli astronomi del XIX secolo, tanto da ipotizzare che ci fosse un pianeta gemello, Vulcano. Esso risulta spiegabile al momento attuale solo tramite la teoria della relatività generale, che proprio su questo fenomeno ha avuto uno dei suoi banchi di prova. Mercurio si muove su un'orbita di eccentricità 0,2056, a una distanza dal Sole compresa fra 46 000 000 e 69 000 000 k m, con un valore medio di 58 000 000 k m (rispettivamente 0,307, 0,466 e 0,387 unità astronomiche). Il periodo siderale di Mercurio è di 88 giorni, mentre il periodo sinodico è di 115,9 giorni. Il piano orbitale è inclinato sull'eclittica di 7°. L'orbita di Mercurio è soggetta a variazioni, dovute alle perturbazioni da parte degli altri pianeti; il fenomeno è particolarmente studiato e conosciuto per quanto riguarda il moto della linea degli apsidi, che fornisce una delle prove sperimentali della teoria della relatività generale.

Confronto delle dimensioni dei quattro pianeti terrestri: da sinistra, Mercurio, Venere, la Terra e Marte.

La velocità media siderale del pianeta è pari a 48 k m/s; si tratta della più alta fra i pianeti del sistema solare. Il moto di rotazione mercuriano, al contrario, è molto lento: esso impiega 58,6 giorni per compiere un giro su se stesso, e completa quindi tre rotazioni ogni due rivoluzioni (un chiaro esempio di risonanza orbitale), questo fa sì che la durata del giorno solare (176 giorni) sia il doppio della durata dell'anno (88 giorni); Mercurio è il solo pianeta del sistema solare sul quale la durata del giorno è maggiore del periodo di rivoluzione.

Le anomalie osservate nell'orbita del pianeta fecero ipotizzare a Urbain Le Verrier nel 1859 l'esistenza di un altro pianeta, che chiamò Vulcano; si supponeva che l'orbita di Vulcano si svolgesse interamente all'interno di quella di Mercurio. Il primo a dare una spiegazione corretta delle anomalie della precessione del perielio dell'orbita di Mercurio fu Albert Einstein grazie alla relatività generale nel 1915. Una dimostrazione dell'orbita "bizzarra" di Mercurio è il fatto che il Sole, visto da Mercurio, segue un percorso assai anomalo: sale fino allo zenit, si ferma, indietreggia di un poco, si ferma di nuovo ed infine si abbassa verso il tramonto.

Struttura interna

La densità di Mercurio, pari a 5,43 g/cm³, si discosta molto da quella lunare e, al contrario, è molto vicina a quella terrestre. Questo lascia supporre che, nonostante le somiglianze con la Luna, la struttura interna del pianeta sia più vicina a quella della Terra, con un nucleo particolarmente massiccio (fino all'80% del raggio mercuriano) formato da elementi pesanti. Ricerche pubblicate nel 2007 su Science, condotte con radar di alta precisione negliStati Uniti e in Russia, hanno confermato l'idea di una frazione liquida nel nucleo di ferro-nichel. È quindi possibile distinguere un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido. Il mantenimento di un nucleo liquido per miliardi di anni richiede la presenza di un elemento chimico più leggero, come lo zolfo, che ne abbassi la temperatura di fusione dei materiali. L'idea che il nucleo di Mercurio potesse essere liquido era già stata avanzata per spiegare la presenza di un debole campo magnetico attorno al pianeta (rilevato per la prima volta dal Mariner 10 e quantificato in un centesimo di quello terrestre). Il campo rimane comunque difficilmente spiegabile, date le piccole dimensioni di Mercurio e la sua moderata velocità di rotazione.

La struttura interna di Mercurio

Si suppone che il nucleo sia circondato da un mantello e da una spessa crosta.

La presenza del debole campo magnetico conferma che Mercurio dispone di un nucleo metallico fluido elettricamente conduttore.

Superficie

Mercurio in falsi colori

Il cratere Zola, su Mercurio.

Le prime fotografie della superficie si devono all'astronomo greco-francese Eugène M. Antoniadi (1870 - 1944) che all'inizio del ventesimo secolo disegnò delle mappe di questo pianeta. Similmente alla Luna, il suolo mercuriano è ampiamente craterizzato a causa dei numerosi impatti di asteroidi che hanno contrassegnato il suo passato e presenta bacini riempiti da vecchie colate laviche, ancora evidenti a causa della mancanza quasi assoluta di un'atmosfera. Alcuni crateri sono circondati da raggi. Si esclude la presenza sul pianeta di placche tettoniche.

In verità, non soltanto Mercurio e la Luna hanno subito urti con meteoriti; è tuttavia normale che i pianeti in possesso di un'atmosfera consistente risentano in misura assai minore dell'effetto degli impatti, poiché i corpi incidenti vengono fortemente erosi dall'attrito atmosferico. Inoltre l'atmosfera stessa erode lentamente la superficie del pianeta, cancellando le tracce dell'urto. Oltre all'atmosfera ci sono diversi elementi che cancellano i crateri causati da asteroidi che non sono infatti presenti su mercurio, come il vento e l'acqua. Inoltre un così ampio numero di crateri induce molti studiosi a supporre che il pianeta, come la Luna, manchi da numerosi secoli di attività interna.

I crateri più piccoli di Mercurio hanno diametro minore di 10 km, quelli più grandi superano i 200 km e prendono il nome di bacini. Al centro di molti crateri, spesso riempiti da antiche colate laviche ancora evidenti, s'innalzano piccole formazioni montuose. Il bacino più grande e più noto è il Mare Caloris, dal diametro di circa 1500 km: si tratta di una grande pianura circolare circondata da anelli di monti. Questo bacino deve il suo nome al fatto che si trova sempre esposto alla luce del sole durante il passaggio di Mercurio al perielio e pertanto è uno dei punti più caldi del pianeta.

La ridotta distanza di Mercurio dal Sole e l'assenza di atmosfera lo rendono un pianeta con una grande escursione termica, con temperature superiori a 350 °C nella zona esposta al sole, mentre nella parte in ombra arrivano a −170 °C. Inoltre l'insolazione media della superficie mercuriana è pari a circa 6 volte e mezzo quella della Terra; la costante solare ha un valore di 9,13 k W/m².

Sulla superficie di Mercurio l'accelerazione di gravità è mediamente pari a 0,377 volte quella terrestre. A titolo di esempio si potrebbe affermare che un uomo dalla massa di 70 k g che misurasse il proprio peso su Mercurio facendo uso di una bilancia tarata sull'accelerazione di gravità terrestre registrerebbe un valore pari a circa 25,9 k g.

Da recenti calcoli dati dal primo passaggio della sonda MESSENGER si è rilevato un rimpicciolimento del pianeta di circa cinque chilometri. Il tutto si basa sul fatto che il suo nucleo di liquido ferroso si stia raffreddando, così facendo esso si solidifica e di conseguenza il volume dell'intero pianeta diminuisce. Queste modifiche si fanno sentire anche in superficie frastagliando la crosta.

Nomenclatura

Oltre ai crateri, le strutture più importanti della superficie sono ampie zone pianeggianti, simili ai mari della Luna. La maggiore è di gran lunga Caloris Planitia (dal latino planitia, che significa pianura).

Atmosfera

Per via della sua bassa attrazione gravitazionale Mercurio è sprovvisto di una vera e propria atmosfera come quella terrestre, fatta eccezione per esili tracce di gas probabilmente frutto dell'interazione del vento solare con la superficie del pianeta. La composizione atmosferica è stata determinata come segue: potassio (31,7%), sodio (24,9%), ossigeno atomico (9,5%), argon (7,0%), elio (5,9%), ossigeno molecolare (5,6%), azoto (5,2%), anidride carbonica (3,6%), acqua (3,4%), idrogeno (3,2%). La pressione atmosferica al suolo, misurata dalla sonda Mariner 10, è nell'ordine di un millesimo di pascal.

A causa dell'assenza di un meccanismo di distribuzione del calore ricevuto dal Sole e della sua rotazione molto lenta, che espone lo stesso emisfero alla luce solare diretta per lunghi periodi, l'escursione termica su Mercurio è la più elevata finora registrata nell'intero sistema solare: l'emisfero illuminato raggiunge i 600 K (700 K nelle zone equatoriali), quello in ombra scende spesso fino a 90 K.

Campo magnetico e magnetosfera

A dispetto delle sue ridotte dimensioni e del lento moto di rotazione, Mercurio possiede uno stabile, significativo e apparentemente globale campo magnetico. Le misurazioni delle sonde Mariner 10 e MESSENGER indicano un'intensità pari a circa l'1% del campo terrestre e lasciano presupporre che l'intensità all'equatore del pianeta sia compresa tra 250 e 290 n T. Come quello della Terra, il campo magnetico di Mercurio è dipolare, con inclinazione dell'asse magnetico rispetto a quello di rotazione inferiore ai 5°.

Nel grafico è riportata l'intensità relativa del campo magnetico di Mercurio.

È probabile che il campo magnetico sia generato con un effetto dinamo, in modo simile a quanto accade per la Terra, sebbene siano state proposte anche alcune differenze.Il campo magnetico sarebbe generato dalla circolazione dei fluidi del mantello ricco di ferro. In particolare, i forti effetti mareali, causati dalla relativamente elevata eccentricità dell'orbita del pianeta, fornirebbero l'energia necessaria a mantenere il nucleo allo stato liquido.

Il campo magnetico di Mercurio è sufficientemente forte da deflettere il vento solare e creare una magnetosfera di ridotte dimensioni attorno al pianeta, tanto piccola che la Terra riuscirebbe a contenerla. La sua presenza riduce l'erosione cui è soggetta la superficie da parte del vento solare, sebbene non riesca a impedirla. Le misurazioni del Mariner 10 lasciano pensare che il pianeta non sia circondato da fasce di radiazione (analoghe allefasce di van Allen della Terra), mentre hanno fornito prova della dinamicità della magnetosfera mercuriana la cui coda è interessata da intense tempeste magnetiche dalla durata di un minuto.

Che la magnetosfera di Mercurio "perda" è stato confermato anche nel corso del secondo sorvolo della sonda MESSENGER, avvenuto il 6 ottobre 2008. La sonda ha incontrato "tornado" magnetici ampi fino a 800 k m (un terzo del raggio del pianeta). Questi si formano in conseguenza dell'interazione tra il campo magnetico trasportato dal vento solare e quello planetario. I fenomeni di connessione cui sono soggetti i due campi, sotto le azioni di trasporto del vento solare, danno origine a strutture vorticose, tubi magnetici contorti su sé stessi, che aprono delle finestre nello scudo magnetico del pianeta, permettendo alle particelle del vento solare stesso di impattare direttamente sulla superficie di Mercurio. Si parla in tal caso di flux transfer event o "eventi di trasferimento di flusso".

MESSENGER ha inoltre rilevato che questi fenomeni si verificano con una frequenza dieci volte superiore che sulla Terra, dato che può essere solo parzialmente spiegato con la maggiore vicinanza al Sole di Mercurio

Il cielo visto da Mercurio

La Terra e la Luna viste dalla sondaMESSENGER, e come apparirebbero viste da Mercurio.

Il cielo di Mercurio sarebbe nero anche di giorno, non avendo il pianeta una atmosfera che lo circonda. La differenza più grande rispetto al cielo terrestre è la maggior grandezza apparente del Sole, il cui diametro angolare può variare da 1,14 gradi all’afelio a 1,73° quando si trova al perielio, vale a dire 2,1 e 3,2 volte più grande rispetto al Sole visto dalla Terra. L'orbita di Mercurio è infatti piuttosto eccentrica, e la distanza del pianeta dalla nostra stella varia considerevolmente nel corso del "suo" anno.

Mercurio ruota sul proprio asse più lentamente che attorno al Sole, con una risonanza di 3:2 che fa durare il giorno solare 176 giorni terrestri, questo è il periodo necessario per rivedere il Sole ancora allo stesso meridiano. Il moto del Sole nel cielo di Mercurio non è tuttavia rettilineo e costante, perché quando il pianeta si avvicina al perielio, la velocità orbitale aumenta, superando la velocità di rotazione, con il risultato che il Sole appare fermarsi in cielo e spostarsi per un breve periodo nella direzione opposta, per poi riprendere il suo normale scorrere da est a ovest.

Sole a parte, l'oggetto più luminoso nei cieli di Mercurio sarebbe Venere, il pianeta più vicino, ancor più luminoso che visto dalla Terra. Da Mercurio infatti, oltre alla minore distanza, Venere sarebbe un pianeta esterno e arriverebbe all'opposizione mostrando il suo disco completamente illuminato, arrivando a brillare di magnitudine -7,7. La Terra sarebbe comunque anch'essa molto luminosa, di magnitudine -5, accompagnata dalla Luna, di magnitudine -1,2. La separazione angolare massima tra la Terra e la Luna viste da Mercurio sarebbe di circa 15′.

Gli altri pianeti del sistema solare apparirebbero sostanzialmente come visti dalla Terra, solo un po' meno luminosi, vista la distanza maggiore.