De atmosfeer van Mercurius

Het Caloris Bekken op Mercurius
Het Caloris Bekken op Mercurius. Deze valse kleur opname laat duidelijk zien dat Mercurius vroeger stevig is gebombardeerd vanuit de ruimte.

Van alle planeten in het zonnestelsel heeft Mercurius de ijlste atmosfeer. De atmosfeer van Mercurius is nog ijler dan die van Mars. Verschillende componenten wordt steeds door de zonnewind weggeblazen.

Atmosferische componenten

Mercurius is de kleinste en lichtste planeet van het zonnestelsel. De geringe oppervlaktezwaartekracht zorgt er voor dat het lastig is om een atmosfeer vast te houden.

Maar ook de positie ten opzichte van de Zon is niet ideaal. Mercurius bevindt zich erg dicht bij de Zon en de planeet wordt constant gebombardeerd door geladen deeltjes van de zonnewind. Deze zonnewind zorgt er voor dat constant geladen deeltjes inslaan op het oppervlak van Mercurius. Zowel de geladen deeltjes zelf als de warmte die hierbij vrij komt zorgt er voor dat er voortdurend materiaal van het oppervlak verdampt dat de ruimte in wordt geblazen. De zwaarste atomen vallen terug naar het oppervlak maar de lichtste atomen worden beïnvloed door de zwaartekracht en de druk van de fotonen van de Zon. Het resultaat is een zeer ijle atmosfeer die we exosfeer noemen.

In het verleden moesten wetenschappers het doen met de geringe informatie die de Mariner 10 had verzameld en waarnemingen gedaan vanaf de Aarde. De MESSENGER-sonde (Mercury Surface Space Environment Geochemistry) van de NASA heeft pas de laatste jaren gedurende langere tijd nauwkeurige metingen kunnen doen bij de planeet.

In tegenstelling tot de metingen van de Mariner 10 heeft de MESSENGER helemaal geen zuurstof aangetroffen in de exosfeer van Mercurius. De metingen van de Mariner 10 duidden op ongeveer 42% zuurstof in de exosfeer maar die metingen zijn vermoedelijk niet correct geweest.

Verdeling van natrium in de atmosfeer van Mercurius. De gele en groene gebieden bevatten de hoogste concentratie natrium.
Verdeling van natrium in de atmosfeer van Mercurius. De gele en groene gebieden bevatten de hoogste concentratie natrium.

De exosfeer van Mercurius bestaat voornamelijk uit natrium, magnesium en calcium maar er zijn ook sporen waterstof, helium en kalium aangetroffen. Voordat de MESSENGER aan zijn missie bij Mercurius begon dachten astronomen dat straling van de Zon opgeworpen materiaal van het verlichte deel m.b.v. de zonnewind verplaatste en het liet neerdwarrelen aan de onverlichte zijde van de planeet. Dit proces noemen astronomen het sputteren van ionen. De waarnemingen van de MESSENGER hebben astronomen geleerd dat het wel een stuk ingewikkelder is dan eerder werd aangenomen.

Het belangrijkste proces lijkt door fotonen gestimuleerde desorptie te zijn (DSP) waarbij natrium wordt vrijgemaakt door fotonen. Onderzoek heeft ook aangetoond dat natrium, calcium en magnesium allemaal op een andere manier worden vrijgemaakt en dat ze meer lijken te botsen met het oppervlak van de planeet zelf dan onderling.

Het zwakke magneetveld van Mercurius zorgt voor een soort van tunnel waardoor het materiaal van de dagzijde naar de nachtzijde kan worden verplaatst maar dit magneetveld is niet sterk genoeg om de verdelingen die zijn waargenomen te verklaren. Het magneetveld van de Aarde is zo sterk dat het ons beschermt tegen de schadelijke straling van de Zon maar het magneetveld van Mercurius is daar veel te zwak voor.

Astronomen hadden eerder al neutrale natriumatomen waargenomen maar ze hebben nu ook ontdekt dat geladen natriumdeeltjes zich concentreren in de buurt van de polen waar ze vermoedelijk door de zonnewind worden vrijgemaakt waarbij er nog meer natriumatomen uit de bodem worden vrijkomen. Deze metingen zijn verricht met behulp van de Fast Imaging Plasma Spectrometer aan boord van de MESSENGER.

Deze metingen vertellen astronomen dat het zwakke magneetveld nauwelijks bescherming biedt tegen de zonnewind.

Een staart als een komeet

Sommige deeltjes die vrijkomen uit de bodem vallen terug naar het oppervlak maar er zijn ook veel deeltjes die naar de ruimte verdwijnen waarbij een komeetachtige staart wordt gevormd die achter de planeet aan sleept. MESSENGER heeft deze 2 miljoen kilometer lange ionenstaart ook bestudeerd en vastgesteld dat deze voornamelijk bestaat uit natrium en calcium die afkomstig zijn van het oppervlak van Mercurius.

De versnelling van de straling is het sterkst als Mercurius zich op gemiddelde afstand van de Zon bevindt. Dat komt omdat de planeet zich op deze positie het snelst beweegt in zijn baan om de Zon en dit is een van de factoren die bepalen hoeveel druk de straling van de Zon uitoefent op de exosfeer van de planeet.

Maar een andere studie toont ook aan dat kometen waarschijnlijk een invloed hebben op de atmosfeer van de planeet. Onderzoekers hebben een een repeterend patroon voor calcium gevonden. Toen ze daar mee aan de slag gingen en keken wat er gebeurde als Mercurius zich door de wolk van materiaal beweegt die bekend staat als de “zodiakale stofwolk” kon men aantonen dat de baan van de periodieke komeet Encke, die in 3,3 jaar om de Zon draait, een vreemd calcium signaal kon verklaren.

Het was al bekend dat inslagen belangrijk zijn om een exosfeer te produceren maar naar nu blijkt zijn de banen van kometen die de zodiakale stofwolk om de Zon voeden ook van belang.

Klimaat en weer

Omdat Mercurius geen noemenswaardige atmosfeer heeft is er ook geen sprake van weerfenomen zoals wij die kennen.

De excentrische baan van Mercurius zorgt voor temperatuurverschillen gedurende het jaar. Een jaar dat overigens slechts 88 dagen duurt.
De excentrische baan van Mercurius zorgt voor temperatuurverschillen gedurende het jaar. Een jaar dat overigens slechts 88 dagen duurt.

Het ontbreken van een atmosfeer draagt bij aan de enorm grote temperatuursverschillen die de planeet kent. Op andere planeten fungeert de atmosfeer als een deken die meehelpt om de warmte enigszins te verdelen. Maar op Mercurius is de ijle atmosfeer niet in staat de sterke zonnestraling te stabiliseren en daardoor is het aan de dagzijde enorm heet en aan de nachtzijde enorm koud. Maar het gebrek aan een atmosfeer betekent ook weer niet dat Mercurius, ondanks zijn geringe afstand tot de Zon, de heetste planeet is. Deze eer komt Venus toe waar een enorm dik wolkendek heeft gezorgd voor een uit de hand gelopen broeikaseffect.

De temperatuur op de planeet varieert tussen de dag- en de nachtzijde maar er is weinig variatie gedurende het Mercuriusjaar. Mercurius heeft nauwelijks een ashelling waardoor er nauwelijks seizoenen zijn en dat zorgt er ook voor dat de planeet die zich het dichtste bij de Zon bevindt ijs kan vasthouden in de kraters aan zijn polen.

Mercurius heeft van alle planeten wel de meest excentrische baan waardoor er toch nog enigszins seizoenen mogelijk zijn die zorgen voor een kleine variatie in de temperatuur.

Eerste publicatie: 9 december 2012
Laatste keer bijgewerkt op: 1 oktober 2017
Bron: space.com

Meer artikelen over Mercurius: