Mercuri, un planeta inesperat

2013/05/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronomia

Quan va passar al costat de Mercuri, al gener de 2008, la sonda Messenger avançava massa ràpid. No va poder entrar en òrbita al voltant del planeta. Així que va fer una aproximació que els astrònoms criden flyby. Va obtenir fotografies del planeta i, sobretot, l'atracció de la gravetat el va ajudar a frenar una mica. Però encara anava massa ràpid, va haver de passar altres dues vegades sense detenir-se prop del planeta i finalment, el 18 de març de 2011, va entrar en l'òrbita de Mercuri.

Un dels problemes per a investigar Mercuri és la velocitat. Per a acostar-se al planeta, les sondes es mouen massa ràpid com Messenger. El propi planeta també presenta una òrbita molt ràpida, més ràpida que qualsevol altre planeta del Sistema Solar, a causa de la seva proximitat al Sol. I la rotació del planeta és molt lenta. "Perquè el propi Sol frena la rotació de Mercuri. I li costa molt girar sobre si mateix", afirma l'astrònom Jesús Arregi de la UPV i membre del Grup de Ciències Planetàries.

Jesús Arregi (Aretxabaleta, 1958). Físic. Va realitzar la seva tesi doctoral en astrofísica en la UPV. Des de la seva fundació forma part del grup de Ciències Planetàries. Ed. © Per Jesús Arregi

El dia de Mercuri, el temps que triga a fer un volt completa al voltant de si mateix, és de 59 dies terrestres. Gira molt lentament. Per això, l'astrònom italià Giovanni Schiaparelli va dir que Mercuri sempre tenia la mateixa diferència orientada cap al Sol. En la dècada de 1960, gràcies al radar, els astrònoms van descobrir que tots els costats del planeta romanien mirant al Sol abans o després.

Això és molt important per als investigadors actuals, ja que les condicions són molt diferents, estiguin o estiguin en la foscor respecte al Sol. "59 dies després de la recerca asseguren que totes les parts de Mercuri han passat el seu dia de llum i la seva nit", afirma Arregi. "Pot haver-hi incidències en la diferència entre la nit i el dia. Convé analitzar aquest tipus de qüestions abans de publicar res, mentre que les dades podrien estar deformats. Per això es deixa una mica de temps perquè es compleixi el cicle". Messenger va entrar en òrbita al març de 2011 i els primers resultats de les recerques realitzades amb les dades recollides es van difondre a l'octubre.

Informació en fotos

Hi havia molta esperança amb les fotos. Abans de Messenger, en 1974 i 1975, va ser la sonda Mariner 10 prop de Mercuri, però no entra en òrbita. Va fer tres flybys i en els tres estava il·luminat el mateix costat de Mercuri. La sonda va fer moltes fotos, però només va poder fer-les al 45% de la superfície del planeta. Les fotos de Messenger també han mostrat la part que no havia vist abans.

"Són fotos de molt alta definició", afirma Arregi. "Les sortides en blanc i negre ens donen una resolució de 250 metres. És a dir, es veu tot el que és més gran. Per sota encara no. La resolució dels colors és d'un quilòmetre. I després, en les fotos especials, que han estat realitzades per a estudiar detalls especials, s'obté una resolució de deu metres. Per tant, les fotografies s'obtenen amb molt de detall, la qual cosa ha fet possible tants descobriments."

Gràcies a la resolució de les fotos es veuen també cràters que no s'han vist anteriorment. Segons els experts, els cràters més petits de la superfície de Mercuri són de la grandària d'una tassa i els més grans de diversos centenars de quilòmetres de diàmetre. I tenen informació molt útil per als astrònoms. En mancar el planeta d'atmosfera, els cràters generats en el planeta s'han degradat poc. Superfície no erosionada. En les pedres queden restes de tot el que ha ocorregut. I els cràters ajuden a interpretar aquesta particular escriptura.

Els astrònoms han conegut l'activitat geològica gràcies a les imatges dels cràters. El cràter produït per l'impacte d'un cos ha de ser circular o el·líptic. Però en les fotos enviades per Messenger es veuen alguns cràters deformats, resultat de moviments geològics.

Dos exemples de la informació que proporcionen les fotografies de la superfície de Mercuri. A l'esquerra es veu un cràter el·líptic modificat per l'activitat geològica. A la dreta, una imatge d'alta definició, que supera la precisió del quilòmetre (cada píxel de la imatge té només deu metres en la superfície del planeta). Ed. © NASA-JPL-Caltech; © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Ha estat una sorpresa. Els astrònoms no esperaven que Mercuri tingués una activitat geològica, perquè esperaven que fos com la Lluna. "Es considera que la Lluna és un astre totalment mort. La seva superfície no varia en absolut. Però sembla que la de Mercuri està canviant a poc a poc", explica Arregi. D'altra banda, "en el cas de la Lluna tenim mars de lava que són planes. I a Mercuri no es coneixia. Ara sabem que també hi ha allí, sobretot en Iparralde. Són molt amples, però la seva composició no és la mateixa que la de la Lluna. En les lunars, la concentració de silicats és major que en les de Mercuri. A Mercuri els silicats d'alumini, sodi i magnesi es troben en menor quantitat, la qual cosa significa que els orígens de la Lluna i Mercuri van ser diferents."

Els cràters i les planes de lava no són les úniques estructures que es veuen en les fotografies. Es veuen altres tipus d'estructures singulars. "Aquestes estructures han estat anomenades hondonadas i nosaltres les veiem brillants en les fotos i amb un color blavós", afirma Arregi. Són estructures petites, però moltes es creen, s'uneixen formant estructures de manera irregular. Des d'uns pocs metres fins a un parell de quilòmetres de profunditat.

Els experts consideren que aquestes estructures no són una mera conseqüència de l'activitat d'antany, sinó que s'estan produint en l'actualitat, la qual cosa significaria que el material s'està evaporant en aquestes zones. "No s'esperava", diu Arregi. "Com Mercuri ha de suportar una temperatura molt alta, molt prop del Sol, pensàvem que no anava a tenir material volàtil, però ho té. Les depressions es produeixen per evaporació d'aquest material."

Com un cometa gegant

Les zones que es veuen blaves en les fotos són depressions. En aquestes zones el material superficial s'ha evaporat. Els astrònoms no esperaven trobar-ho perquè esperaven que Mercuri fos com la Lluna, i en la Lluna no es produeix cap procés d'evaporació. Ed. © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laborator/Carnegie Institution of Washington

A diferència de la lluna, el material evaporat a Mercuri produeix gas. L'oxigen, l'hidrogen, l'heli, el sodi, el potassi i altres elements estan "volant" al voltant del planeta, però en quantitats molt petites. "No és pròpiament una atmosfera. Mercuri no té atmosfera", afirma Arregi. El planeta no té la gravetat suficient per a suportar aquest gas.

A més, el Sol també aporta molt. "El sol produeix vent solar. Emet partícules en gran quantitat i a alta velocitat, principalment electrons i protons, que estan sent bombardejats contínuament. Precisament quan toquen en la superfície, extreuen de la superfície altres àtoms, que són els responsables d'una certa atmosfera de Mercuri. Les partícules extretes de la superfície pel vent solar formen el que anomenem exosfera. És una atmosfera molt fina, composta per partícules molt especials".

La paraula atmosfera no és la més adequada per a descriure la presència d'aquestes partícules: les partícules s'evaporen de la superfície i són arrossegades pel vent solar de manera contínua. En aquest sentit, Mercuri es comporta com un cometa. "En el cas dels cometes, la cua la produeix principalment el vent solar, i a Mercuri també és el camí de la creació de l'exosfera", afirma Arregi.

El cor d'un planeta

Mercuri no és un cometa, és un planeta, però és un planeta especial. En una classificació general, forma part del grup de quatre petits planetes pròxims al Sol, al costat d'Artizar, Terra i Mart. És clar que no és un gegant gasós com Júpiter o Saturn. Però dins del grup de planetes "petris" també és especial, i la causa està en el cor de Mercuri.

En el grup dels planetes petris no hi ha estàndards, però el model general seria un nucli metàl·lic envoltat d'una capa de roca. L'única excepció a aquest esquema bàsic és Venus, ja que no té nucli metàl·lic. Però Mercuri és encara més estrany, gairebé el cas contrari: en proporció té un nucli gegant.

Mart té un petit nucli de ferro sòlid. La Terra, en el nucli, té un ferro sòlid i líquid que ocupa aproximadament la meitat del radi del planeta. I Mercuri també té un nucli de ferro sòlid i líquid que ocupa gairebé les tres quartes parts del radi del planeta. Per això, Mercuri és molt dens.

Per la seva petita grandària, no té la gravetat de la Terra o de Venus per a compactar els materials tant com en aquests planetes i, no obstant això, és més dens que Venus i només una mica més lleuger que la Terra. Això és degut a la seva proporció de ferro. De fet, els astrònoms han esmentat sovint que Mercuri sembla el nucli d'un planeta que ha perdut gairebé per complet la capa exterior de pedra.

El nucli és un dels grans misteris de Mercuri. Abasta les tres quartes parts del diàmetre del planeta, per a explicar-lo els astrònoms poden haver de revisar les teories de la creació dels planetes. Ed. © NSF

Ningú sap per què. I un dels objectius de la sonda Messenger és que ha de recollir dades per a aclarir l'origen del gegant nucli de Mercuri. Però, de moment, no hi ha bona notícia en aquest estudi.

"Si abans les coses eren misterioses, ara són més misterioses", explica Arregi. "Abans hi havia dues teories perquè Mercuri fos tan dens. El primer és un xoc d'un altre astre que li portaria la pell. Com que els elements més pesats sempre romanen a l'interior, aquest nucli que va quedar seria Mercuri. La segona teoria és que la calor del Sol va provocar l'evaporació de la pell i per això van desaparèixer els elements lleugers i volàtils. Però Messenger ha descobert que Mercuri té elements volàtils, molt més que Venus o la Terra i la Lluna".

La composició química dels elements volàtils es correspon amb la composició dels meteorits denominats condrites, és a dir, té components metàl·lics i metalls no oxidats, per la qual cosa és possible que en lloc de ser un planeta que ha perdut superfície, Mercuri hagi estat creat per un procés desconegut a partir de meteorits com les condrites. "Per tant, no podem acceptar les teories anteriors perquè tenim els següents elements. Això pot ser un indici de com es va produir el naixement de Mercuri. I, a més d'aclarir la gènesi, caldrà aclarir una mica com era la matèria primera d'aquesta generació. Però encara no tenim dades suficients i no hi ha hipòtesis clares."

Sense pol sud magnètic

Sondes de recerca de mercuri. A dalt, Mariner 10, enviat per la NASA en els anys 70. En el centre, el Messenger de la NASA, actualment en òrbita de mercuri. I a baix, les agències Bepicolombo, AQUESTA i JAXA llançaran conjuntament en dos anys. Ed. 1-2 © NASA; 3 © AQUESTA/JAXA

Un altre gran esglai ha estat el camp magnètic, tant en la recerca de Messenger com abans. En la dècada de 1970 la sonda Mariner 10 va descobrir que té camp magnètic i va ser sorprenent. També en aquella època els astrònoms consideraven que Mercuri és com la Lluna i que el satèl·lit de la Terra no té camp magnètic. Una brúixola no funciona en la Lluna. Però a Mercuri sí. L'agulla d'una brúixola no s'orientaria tan ràpid com en la Terra, ja que la zona de Mercuri és 150 vegades més feble, però amb el temps acabaria assenyalant cap al nord.

Però els esglais magnètics no van acabar amb el descobriment de Mariner 10. Els mesuraments de Messenger també han estat espectaculars. "El camp magnètic té una peculiaritat molt curiosa: no està centrat", explica Arregi. "És a dir, l'equador del camp magnètic no coincideix amb l'equador del planeta, com ocorre en la Terra. El camp magnètic està desplaçat cap al nord, és a dir, es troba desplaçat cap amunt. En el nord, la intensitat és 3,5 vegades major que en el sud. Això té conseqüències, per exemple, en la protecció contra el vent solar. El Nord està més protegit que el Sud, enfront de totes les partícules procedents del Sol. Això influeix tant en la formació atmosfèrica de Mercuri com en la degradació de la pell, per dir-ho d'alguna manera."

Els astrònoms encara no entenen per què el camp magnètic és asimètric i no entenen com va sorgir el nucli gegant de Mercuri. Ni per què causa l'activitat volcànica. Per a dur a terme aquests estudis, l'AQUESTA i JAXA, Agències Espacials Europees i Japoneses, enviaran una nova sonda a Mercuri, Bepicolombo. Serà llançada en 2015 i entrarà en òrbita al voltant de Mercuri anys després. Nous esforços seran necessaris ja que la recerca de Mercuri suposa un gran repte. A vegades, l'obtenció de dades, en lloc d'aportar respostes, aporta més preguntes.

Viure a Mercuri

Polo Nord de Mercuri. Les zones en vermell sempre estan a les fosques. Els llocs on s'amaga el gel estan assenyalats de groc. Aquests emplaçaments podrien ser adequats per a la instal·lació d'una base. Ed. © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory

Aparentment Mercuri està massa prop del Sol per a poder viure allí. Mai es troba a més de 70 milions de quilòmetres i la calor i la radiació són enormes en la part que mira al Sol. Per exemple, la temperatura és de 350 °C. És difícil viure en aquesta zona de Mercuri. A l'altre costat, la nit de Mercuri, la temperatura és d'uns -170 °C i, en un termini màxim de 30 dies terrestres, el que es trobi en aquesta zona estarà al costat del Sol.

Però hi ha una altra opció: viure en els cràters polars. En els cràters polars hi ha zones que mai veuen el Sol i serien bons llocs per a instal·lar una base. A més, la sonda Messenger ha confirmat la presència de gel en aquestes zones, i la mera presència d'aquest aigua facilitaria molt la vida allí, malgrat ser una aigua sòlida. El desglaç no seria en absolut complicat, ja que a Mercuri hi ha molta energia. Com està molt prop del Sol, l'energia que rep el planeta és aproximadament 9.100 W/m 2, és a dir, 6,5 vegades més que la que rep la Terra. En la Terra, a més, l'atmosfera absorbeix part de l'energia, però a Mercuri no hi ha aquest tipus d'obstacles. Amb la instal·lació de panells solars, l'obtenció d'energia a Mercuri no seria un problema.

Això fa interessant la colonització de Mercuri, l'obtenció d'energia i matèries primeres minerals. L'ús de panells solars permet emmagatzemar energia il·limitada a Mercuri. A més, alguns experts proposen construir torres gegants en les zones fosques dels cràters per a pujar els panells a l'altura del Sol. Aquest tipus de construccions són molt difícils en la Terra, però en la gravetat de Mercuri serien molt més fàcils.

Quant a les matèries primeres, hi ha molts materials d'interès en la superfície de Mercuri. Per exemple, els experts consideren que l'isòtop heli-3 està en grans quantitats, un isòtop que facilitaria la fusió nuclear en la Terra.

El problema seria enviar el recaptat a la Terra. Mercuri està molt ficat en la zona de gravetat del Sol. Està atrapat. I el viatge al "fora" és molt complicat. L'energia es pot transmetre per làser, encara que encara no existeix la tecnologia òptica adequada per a això. Però és molt més difícil treure els materials de Mercuri. Requereix molta energia i sobretot temps.

No obstant això, Mercuri podria ser un bon lloc per a instal·lar una base. Almenys més apropiat que la Lluna, perquè té major gravetat, té un camp magnètic que protegeix del vent solar i ofereix molta energia i matèries primeres. La colonització de Mercuri és un estudi a llarg termini.