Najbližšie k svetlu a najmenšej planéte v slnečnej sústave je stále záhadou. Rovnako ako Zem a štyri plynové giganty - Jupiter, Saturn, Urán a Neptún, aj Merkúr má svoju vlastnú magnetosféru. Po skúmaní stanice MESSENGER (MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry) sa začal charakter tejto magnetickej vrstvy vyjasňovať. Hlavné výsledky misie sú už zahrnuté v monografiách a učebniciach. Ako sa malej planéte podarilo zachovať magnetosféru.
Aby nebeské telo malo vlastnú magnetosféru, je potrebný zdroj magnetického poľa. Podľa väčšiny vedcov sa tu vyvoláva dynamo efekt. V prípade Zeme to vyzerá takto. V útrobách planéty je kovové jadro s pevným stredom a tekutým plášťom. V dôsledku rozkladu rádioaktívnych prvkov sa uvoľňuje teplo, čo vedie k vytváraniu konvekčných tokov vodivej tekutiny. Tieto prúdy vytvárajú magnetické pole planéty.
Pole interaguje so slnečným vetrom - prúdmi nabitých častíc z hviezdy. Táto kozmická plazma so sebou nesie svoje vlastné magnetické pole. Ak magnetické pole planéty vydrží tlak slnečného žiarenia, to znamená, odkloní ho do značnej vzdialenosti od povrchu, potom hovoria, že planéta má svoju vlastnú magnetosféru. Okrem Merkúra má Zem a štyri plynové giganty aj Ganymede, najväčší satelit Jupitera.
Na ostatných planétach a mesiacoch slnečnej sústavy sa hviezdny vietor prakticky nestane odporom. Stáva sa to napríklad na Venuši a pravdepodobne na Marse. Povaha zemského magnetického poľa je stále považovaná za hlavné tajomstvo geofyziky. Albert Einstein ho považoval za jednu z piatich najdôležitejších vedeckých úloh.
Je to spôsobené skutočnosťou, že hoci geodynamická teória je prakticky nesporná, spôsobuje veľké problémy. Podľa klasickej magnetohydrodynamiky by sa mal dynamo efekt rozpadnúť a jadro planéty by sa malo ochladiť a stvrdnúť. Stále neexistuje presné chápanie mechanizmov, vďaka ktorým si Zem zachováva účinok vlastnej generácie dynama spolu s pozorovanými vlastnosťami magnetického poľa, najmä geomagnetickými anomáliami, migráciou a obrátením pólov.
Obtiažnosť kvantitatívneho opisu je s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobená v podstate nelineárnou povahou problému. V prípade ortuti je problém s dynamom ešte naliehavejší ako v prípade Zeme. Ako si taká malá planéta udržala svoju vlastnú magnetosféru? Znamená to, že jeho jadro je stále v tekutom stave a vytvára dostatok tepla? Alebo existujú nejaké špeciálne mechanizmy, ktoré umožňujú nebeskému telu chrániť sa pred slnečným vetrom?
Ortuť je asi 20-krát ľahšia a menšia ako Zem. Priemerná hustota je porovnateľná s hustotou Zeme. Rok trvá 88 dní, ale nebeské telo nie je v prílivovom zachytávaní Slnka, ale rotuje okolo svojej vlastnej osi s periódou asi 59 dní. Ortuť sa od ostatných planét slnečnej sústavy odlišuje relatívne veľkým kovovým jadrom - predstavuje asi 80 percent polomeru nebeského telesa. Pre porovnanie, jadro Zeme zaberá iba asi polovicu svojho polomeru.
Magnetické pole ortuti bolo objavené v roku 1974 americkou stanicou Mariner 10, ktorá zaznamenala výbuchy vysokoenergetických častíc. Magnetické pole nebeského telesa, ktoré je najbližšie k Slnku, je asi stokrát slabšie ako zemské, úplne by zapadalo do gule s veľkosťou Zeme a podobne ako naša planéta je tvorené dvojpólom, to znamená, že má dva, a nie štyri, ako plynové giganty, magnetické póly.
Propagačné video:
Foto: Laboratórium aplikovanej fyziky Johns Hopkins University / Carnegie Institute of Washington / NASA
Prvé teórie vysvetľujúce podstatu ortuťovej magnetosféry boli navrhnuté v 70. rokoch 20. storočia. Väčšina z nich je založená na dynamo efekte. Tieto modely boli overené od roku 2011 do roku 2015, keď stanica MESSENGER študovala planétu. Dáta získané zo zariadenia odhalili neobvyklú geometriu magnetosféry Merkúra. Najmä v blízkosti planéty dochádza asi desaťkrát častejšie k magnetickému opätovnému prepojeniu - k vzájomnému preskupeniu vnútorných a vonkajších siločiar magnetického poľa.
To vedie k vytváraniu mnohých dutín v magnetosfére Merkúra, čo umožňuje slnečnému vetra takmer bez prekážok dosiahnuť povrch planéty. Okrem toho MESSENGER objavil remanenciu v kôre nebeského tela. Na základe týchto údajov vedci odhadli dolnú hranicu priemerného veku magnetického poľa Merkúra na 3,7 až 3,9 miliardy rokov. Vedci poznamenali, že to potvrdzuje platnosť dynamického efektu na formovanie globálneho magnetického poľa planéty, ako aj prítomnosť vonkajšieho tekutého jadra.
Medzitým zostáva otázka štruktúry ortuti otvorená. Je možné, že vonkajšia vrstva jadra obsahuje kovové vločky - železný sneh. Táto hypotéza je veľmi populárna, pretože vysvetľuje Merkurovu vlastnú magnetosféru rovnakým dynamo efektom, umožňuje nízke teploty a kvázi tuhé (alebo kvázi-tekuté) jadro planéty.
Foto: Carnegieova inštitúcia vo Washingtone / JHUAPL / NASA
Je známe, že jadrá pozemských planét sú tvorené hlavne železom a sírou. Je tiež známe, že inklúzie síry znižujú teplotu topenia jadrovej hmoty a ponechávajú ju v tekutine. To znamená, že na udržanie dynamického efektu je potrebné menej tepla, ktoré ortuť už produkuje príliš málo. Takmer pred desiatimi rokmi geofyzici, ktorí uskutočňovali sériu experimentov, preukázali, že pri vysokotlakových podmienkach môže železný sneh padať smerom do stredu planéty a tekutá zmes železa a síry môže k nemu stúpať z vnútorného jadra. To môže vytvoriť dynamický efekt v útrobách ortuti.
Údaje MESSENGER tieto zistenia potvrdili. Spektrometer inštalovaný na stanici vykazoval extrémne nízky obsah železa a ďalších ťažkých prvkov v sopečných horninách planéty. V tenkej vrstve ortuťového plášťa nie je takmer žiadne železo a je tvorené hlavne kremičitanmi. Pevné jadro predstavuje asi polovicu (asi 900 km) polomeru jadra, zvyšok je obsadený roztavenou vrstvou. Medzi nimi je pravdepodobne vrstva, v ktorej sa kovové vločky pohybujú zhora nadol. Hustota jadra je asi dvojnásobná oproti hustote plášťa a odhaduje sa na sedem ton na meter kubický. Vedci sa domnievajú, že síra predstavuje asi 4,5 percenta hmoty jadra.
MESSENGER objavil početné záhyby, ohyby a chyby na povrchu ortuti, čo umožňuje urobiť jednoznačný záver o tektonickej aktivite planéty v nedávnej minulosti. Štruktúra vonkajšej kôry a tektonika sú podľa vedcov spojené s procesmi prebiehajúcimi v útrobách planéty. MESSENGER ukázal, že magnetické pole planéty je na severnej pologuli silnejšie ako na juhu. Podľa gravitačnej mapy zostavenej prístrojom je hrúbka kôry v blízkosti rovníka v priemere o 50 kilometrov vyššia ako na póle. To znamená, že silikátový plášť v severných zemepisných šírkach planéty je zahrievaný silnejšie ako v jeho rovníkovej časti. Tieto údaje sú vo vynikajúcej zhode s objavom relatívne mladých pascí v severných zemepisných šírkach. Hoci sopečná aktivita na ortuti prestala asi pred 3,5 miliardami rokov, súčasný obraz tepelnej difúzie v plášti planéty je do značnej mierys najväčšou pravdepodobnosťou určená jej minulosťou.
Obzvlášť môžu konvekčné toky stále existovať vo vrstvách susediacich s jadrom planéty. Teplota plášťa pod severným pólom planéty bude potom o 100-200 stupňov Celzia vyššia ako v rovníkových oblastiach planéty. Okrem toho MESSENGER zistil, že zvyškové magnetické pole jednej z častí severnej kôry je nasmerované opačným smerom ako globálne magnetické pole planéty. To znamená, že v minulosti došlo k najmenej jednej inverzii na ortuť - zmene polarity magnetického poľa.
Merkúr podrobne preskúmali iba dve stanice - Mariner 10 a MESSENGER. A táto planéta, predovšetkým kvôli svojmu vlastnému magnetickému poľu, je veľmi zaujímavá pre vedu. Vysvetlením povahy jeho magnetosféry to môžeme pre Zem takmer určite urobiť. V roku 2018 plánujú Japonsko a EÚ vyslať tretiu misiu na ortuť. Budú lietať dve stanice. Po prvé, MPO (Ortuťová planéta ortuť) zostaví mapu s viac vlnovými dĺžkami na povrchu nebeského tela. Druhý, MMO (ortuťový ortuťový ortuť), preskúma magnetosféru. Čakanie na prvé výsledky misie bude trvať dlho - aj keď sa štart uskutoční v roku 2018, cieľ stanice bude dosiahnutý až v roku 2025.
Jurij Suka