Mercurio, un planeta inesperado

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

• Astronomia

Cuando pasó junto a Mercurio, en enero de 2008, la sonda Messenger avanzaba demasiado rápido. No pudo entrar en órbita alrededor del planeta. Así que hizo una aproximación que los astrónomos llaman flyby. Obtuvo fotografías del planeta y, sobre todo, la atracción de la gravedad le ayudó a frenar un poco. Pero todavía iba demasiado rápido, tuvo que pasar otras dos veces sin detenerse cerca del planeta y finalmente, el 18 de marzo de 2011, entró en la órbita de Mercurio.

Uno de los problemas para investigar Mercurio es la velocidad. Para acercarse al planeta, las sondas se mueven demasiado rápido como Messenger. El propio planeta también presenta una órbita muy rápida, más rápida que cualquier otro planeta del Sistema Solar, debido a su cercanía al Sol. Y la rotación del planeta es muy lenta. "Porque el propio Sol frena la rotación de Mercurio. Y le cuesta mucho girar sobre sí mismo", afirma el astrónomo Jesús Arregi de la UPV y miembro del Grupo de Ciencias Planetarias.

Jesús Arregi (Aretxabaleta, 1958). Físico. Realizó su tesis doctoral en astrofísica en la UPV. Desde su fundación forma parte del grupo de Ciencias Planetarias. Ed. © Por Jesús Arregi

El día de Mercurio, el tiempo que tarda en dar una vuelta completa alrededor de sí mismo, es de 59 días terrestres. Gira muy lentamente. Por eso, el astrónomo italiano Giovanni Schiaparelli dijo que Mercurio siempre tenía la misma diferencia orientada hacia el Sol. En la década de 1960, gracias al radar, los astrónomos descubrieron que todos los lados del planeta permanecían mirando al Sol antes o después.

Esto es muy importante para los investigadores actuales, ya que las condiciones son muy diferentes, estén o estén en la oscuridad respecto al Sol. "59 días después de la investigación aseguran que todas las partes de Mercurio han pasado su día de luz y su noche", afirma Arregi. "Puede haber incidencias en la diferencia entre la noche y el día. Conviene analizar este tipo de cuestiones antes de publicar nada, mientras que los datos podrían estar deformados. Por eso se deja un poco de tiempo para que se cumpla el ciclo". Messenger entró en órbita en marzo de 2011 y los primeros resultados de las investigaciones realizadas con los datos recogidos se difundieron en octubre.

Información en fotos

Había mucha esperanza con las fotos. Antes de Messenger, en 1974 y 1975, fue la sonda Mariner 10 cerca de Mercurio, pero no entra en órbita. Hizo tres flybys y en los tres estaba iluminado el mismo lado de Mercurio. La sonda hizo muchas fotos, pero sólo pudo hacerlas al 45% de la superficie del planeta. Las fotos de Messenger también han mostrado la parte que no había visto antes.

"Son fotos de muy alta definición", afirma Arregi. "Las salidas en blanco y negro nos dan una resolución de 250 metros. Es decir, se ve todo lo que es más grande. Por debajo todavía no. La resolución de los colores es de un kilómetro. Y luego, en las fotos especiales, que han sido realizadas para estudiar detalles especiales, se obtiene una resolución de diez metros. Por lo tanto, las fotografías se obtienen con mucho detalle, lo que ha hecho posible tantos descubrimientos."

Gracias a la resolución de las fotos se ven también cráteres que no se han visto anteriormente. Según los expertos, los cráteres más pequeños de la superficie de Mercurio son del tamaño de una taza y los más grandes de varios cientos de kilómetros de diámetro. Y tienen información muy útil para los astrónomos. Al carecer el planeta de atmósfera, los cráteres generados en el planeta se han degradado poco. Superficie no erosionada. En las piedras quedan restos de todo lo que ha ocurrido. Y los cráteres ayudan a interpretar esta particular escritura.

Los astrónomos han conocido la actividad geológica gracias a las imágenes de los cráteres. El cráter producido por el impacto de un cuerpo debe ser circular o elíptico. Pero en las fotos enviadas por Messenger se ven algunos cráteres deformados, resultado de movimientos geológicos.

Dos ejemplos de la información que proporcionan las fotografías de la superficie de Mercurio. A la izquierda se ve un cráter elíptico modificado por la actividad geológica. A la derecha, una imagen de alta definición, que supera la precisión del kilómetro (cada píxel de la imagen tiene sólo diez metros en la superficie del planeta). Ed. © NASA-JPL-Caltech; © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Ha sido una sorpresa. Los astrónomos no esperaban que Mercurio tuviera una actividad geológica, porque esperaban que fuera como la Luna. "Se considera que la Luna es un astro totalmente muerto. Su superficie no varía en absoluto. Pero parece que la de Mercurio está cambiando poco a poco", explica Arregi. Por otro lado, "en el caso de la Luna tenemos mares de lava que son llanuras. Y en Mercurio no se conocía. Ahora sabemos que también hay allí, sobre todo en Iparralde. Son muy anchas, pero su composición no es la misma que la de la Luna. En las lunares, la concentración de silicatos es mayor que en las de Mercurio. En Mercurio los silicatos de aluminio, sodio y magnesio se encuentran en menor cantidad, lo que significa que los orígenes de la Luna y Mercurio fueron diferentes."

Los cráteres y las llanuras de lava no son las únicas estructuras que se ven en las fotografías. Se ven otros tipos de estructuras singulares. "Estas estructuras han sido llamadas hondonadas y nosotros las vemos brillantes en las fotos y con un color azulado", afirma Arregi. Son estructuras pequeñas, pero muchas se crean, se unen formando estructuras de forma irregular. Desde unos pocos metros hasta un par de kilómetros de profundidad.

Los expertos consideran que estas estructuras no son una mera consecuencia de la actividad de antaño, sino que se están produciendo en la actualidad, lo que significaría que el material se está evaporando en estas zonas. "No se esperaba", dice Arregi. "Como Mercurio tiene que soportar una temperatura muy alta, muy cerca del Sol, pensábamos que no iba a tener material volátil, pero lo tiene. Las depresiones se producen por evaporación de este material."

Como un cometa gigante

Las zonas que se ven azules en las fotos son depresiones. En estas zonas el material superficial se ha evaporado. Los astrónomos no esperaban encontrarlo porque esperaban que Mercurio fuera como la Luna, y en la Luna no se produce ningún proceso de evaporación. Ed. © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laborator/Carnegie Institution of Washington

A diferencia de la luna, el material evaporado en Mercurio produce gas. El oxígeno, el hidrógeno, el helio, el sodio, el potasio y otros elementos están "volando" alrededor del planeta, pero en cantidades muy pequeñas. "No es propiamente una atmósfera. Mercurio no tiene atmósfera", afirma Arregi. El planeta no tiene la gravedad suficiente para soportar este gas.

Además, el Sol también aporta mucho. "El sol produce viento solar. Emite partículas en gran cantidad y a alta velocidad, principalmente electrones y protones, que están siendo bombardeados continuamente. Precisamente cuando tocan en la superficie, extraen de la superficie otros átomos, que son los responsables de una cierta atmósfera de Mercurio. Las partículas extraídas de la superficie por el viento solar forman lo que llamamos exosfera. Es una atmósfera muy fina, compuesta por partículas muy especiales".

La palabra atmósfera no es la más adecuada para describir la presencia de estas partículas: las partículas se evaporan de la superficie y son arrastradas por el viento solar de forma continua. En este sentido, Mercurio se comporta como un cometa. "En el caso de los cometas, la cola la produce principalmente el viento solar, y en Mercurio también es el camino de la creación de la exosfera", afirma Arregi.

El corazón de un planeta

Mercurio no es un cometa, es un planeta, pero es un planeta especial. En una clasificación general, forma parte del grupo de cuatro pequeños planetas cercanos al Sol, junto a Artizar, Tierra y Marte. Está claro que no es un gigante gaseoso como Júpiter o Saturno. Pero dentro del grupo de planetas "pétreos" también es especial, y la causa está en el corazón de Mercurio.

En el grupo de los planetas pétreos no hay estándares, pero el modelo general sería un núcleo metálico rodeado de una capa de roca. La única excepción a este esquema básico es Venus, ya que no tiene núcleo metálico. Pero Mercurio es aún más raro, casi el caso contrario: en proporción tiene un núcleo gigante.

Marte tiene un pequeño núcleo de hierro sólido. La Tierra, en el núcleo, tiene un hierro sólido y líquido que ocupa aproximadamente la mitad del radio del planeta. Y Mercurio también tiene un núcleo de hierro sólido y líquido que ocupa casi las tres cuartas partes del radio del planeta. Por ello, Mercurio es muy denso.

Por su pequeño tamaño, no tiene la gravedad de la Tierra o de Venus para compactar los materiales tanto como en esos planetas y, sin embargo, es más denso que Venus y sólo un poco más ligero que la Tierra. Esto es debido a su proporción de hierro. De hecho, los astrónomos han mencionado a menudo que Mercurio parece el núcleo de un planeta que ha perdido casi por completo la capa exterior de piedra.

El núcleo es uno de los grandes misterios de Mercurio. Abarca las tres cuartas partes del diámetro del planeta, para explicarlo los astrónomos pueden tener que revisar las teorías de la creación de los planetas. Ed. © NSF

Nadie sabe por qué. Y uno de los objetivos de la sonda Messenger es que debe recoger datos para aclarar el origen del gigante núcleo de Mercurio. Pero, de momento, no hay buena noticia en este estudio.

"Si antes las cosas eran misteriosas, ahora son más misteriosas", explica Arregi. "Antes había dos teorías para que Mercurio fuera tan denso. El primero es un choque de otro astro que le llevaría la piel. Puesto que los elementos más pesados siempre permanecen en el interior, ese núcleo que quedó sería Mercurio. La segunda teoría es que el calor del Sol provocó la evaporación de la piel y por ello desaparecieron los elementos ligeros y volátiles. Pero Messenger ha descubierto que Mercurio tiene elementos volátiles, mucho más que Venus o la Tierra y la Luna".

La composición química de los elementos volátiles se corresponde con la composición de los meteoritos denominados condritas, es decir, tiene componentes metálicos y metales no oxidados, por lo que es posible que en lugar de ser un planeta que ha perdido superficie, Mercurio haya sido creado por un proceso desconocido a partir de meteoritos como las condritas. "Por lo tanto, no podemos aceptar las teorías anteriores porque tenemos los siguientes elementos. Esto puede ser un indicio de cómo se produjo el nacimiento de Mercurio. Y, además de aclarar la génesis, habrá que aclarar un poco cómo era la materia prima de esa generación. Pero todavía no tenemos datos suficientes y no hay hipótesis claras."

Sin polo sur magnético

Sondas de investigación de mercurio. Arriba, Mariner 10, enviado por la NASA en los años 70. En el centro, el Messenger de la NASA, actualmente en órbita de mercurio. Y abajo, las agencias Bepicolombo, ESA y JAXA lanzarán conjuntamente en dos años. Ed. 1-2 © NASA; 3 © ESA/JAXA

Otro gran susto ha sido el campo magnético, tanto en la investigación de Messenger como antes. En la década de 1970 la sonda Mariner 10 descubrió que tiene campo magnético y fue sorprendente. También en aquella época los astrónomos consideraban que Mercurio es como la Luna y que el satélite de la Tierra no tiene campo magnético. Una brújula no funciona en la Luna. Pero en Mercurio sí. La aguja de una brújula no se orientaría tan rápido como en la Tierra, ya que la zona de Mercurio es 150 veces más débil, pero con el tiempo acabaría señalando hacia el norte.

Pero los sustos magnéticos no acabaron con el descubrimiento de Mariner 10. Las mediciones de Messenger también han sido espectaculares. "El campo magnético tiene una peculiaridad muy curiosa: no está centrado", explica Arregi. "Es decir, el ecuador del campo magnético no coincide con el ecuador del planeta, como ocurre en la Tierra. El campo magnético está desplazado hacia el norte, es decir, se encuentra desplazado hacia arriba. En el norte, la intensidad es 3,5 veces mayor que en el sur. Esto tiene consecuencias, por ejemplo, en la protección contra el viento solar. El Norte está más protegido que el Sur, frente a todas las partículas procedentes del Sol. Esto influye tanto en la formación atmosférica de Mercurio como en la degradación de la piel, por decirlo de alguna manera."

Los astrónomos todavía no entienden por qué el campo magnético es asimétrico y no entienden cómo surgió el núcleo gigante de Mercurio. Ni por qué causa la actividad volcánica. Para llevar a cabo estos estudios, la ESA y JAXA, Agencias Espaciales Europeas y Japonesas, van a enviar una nueva sonda a Mercurio, Bepicolombo. Será lanzada en 2015 y entrará en órbita alrededor de Mercurio años después. Nuevos esfuerzos serán necesarios ya que la investigación de Mercurio supone un gran reto. En ocasiones, la obtención de datos, en lugar de aportar respuestas, aporta más preguntas.

Vivir en Mercurio

Polo Norte de Mercurio. Las zonas en rojo siempre están a oscuras. Los lugares donde se esconde el hielo están señalados de amarillo. Estos emplazamientos podrían ser adecuados para la instalación de una base. Ed. © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory

Aparentemente Mercurio está demasiado cerca del Sol para poder vivir allí. Nunca se encuentra a más de 70 millones de kilómetros y el calor y la radiación son enormes en la parte que mira al Sol. Por ejemplo, la temperatura es de 350 ºC. Es difícil vivir en esta zona de Mercurio. Al otro lado, la noche de Mercurio, la temperatura es de unos -170 ºC y, en un plazo máximo de 30 días terrestres, el que se encuentre en esa zona estará al lado del Sol.

Pero hay otra opción: vivir en los cráteres polares. En los cráteres polares hay zonas que nunca ven el Sol y serían buenos lugares para instalar una base. Además, la sonda Messenger ha confirmado la presencia de hielo en estas zonas, y la mera presencia de este agua facilitaría mucho la vida allí, a pesar de ser un agua sólida. El deshielo no sería en absoluto complicado, ya que en Mercurio hay mucha energía. Como está muy cerca del Sol, la energía que recibe el planeta es aproximadamente 9.100 W/m 2, es decir, 6,5 veces más que la que recibe la Tierra. En la Tierra, además, la atmósfera absorbe parte de la energía, pero en Mercurio no hay ese tipo de obstáculos. Con la instalación de paneles solares, la obtención de energía en Mercurio no sería un problema.

Esto hace interesante la colonización de Mercurio, la obtención de energía y materias primas minerales. El uso de paneles solares permite almacenar energía ilimitada en Mercurio. Además, algunos expertos proponen construir torres gigantes en las zonas oscuras de los cráteres para subir los paneles a la altura del Sol. Este tipo de construcciones son muy difíciles en la Tierra, pero en la gravedad de Mercurio serían mucho más fáciles.

En cuanto a las materias primas, hay muchos materiales de interés en la superficie de Mercurio. Por ejemplo, los expertos consideran que el isótopo helio-3 está en grandes cantidades, un isótopo que facilitaría la fusión nuclear en la Tierra.

El problema sería enviar lo recaudado a la Tierra. Mercurio está muy metido en la zona de gravedad del Sol. Está atrapado. Y el viaje al "fuera" es muy complicado. La energía se puede transmitir por láser, aunque todavía no existe la tecnología óptica adecuada para ello. Pero es mucho más difícil sacar los materiales de Mercurio. Requiere mucha energía y sobre todo tiempo.

No obstante, Mercurio podría ser un buen lugar para instalar una base. Por lo menos más apropiado que la Luna, porque tiene mayor gravedad, tiene un campo magnético que protege del viento solar y ofrece mucha energía y materias primas. La colonización de Mercurio es un estudio a largo plazo.