Mercurius is klein, snel en dicht bij de zon, waardoor de rotsachtige wereld uitdagend is om te bezoeken. Slechts één sonde is ooit in een baan om de planeet geweest en heeft voldoende gegevens verzameld om wetenschappers te vertellen over de chemie en het landschap van het oppervlak van Mercurius. Leren over wat zich onder de oppervlakte bevindt, echter, zorgvuldige schatting vereist.

Nadat de missie van de sonde eindigde in 2015, planetaire wetenschappers schatten dat de korst van Mercurius ongeveer 22 mijl dik was. Een wetenschapper van de Universiteit van Arizona is het daar niet mee eens.

Met behulp van de meest recente wiskundige formules, Lunar and Planetary Laboratory medewerker-wetenschapper Michael Sori schat dat de Mercurial-korst slechts 26 mijl dik is en dichter is dan aluminium. Zijn studie, "Een dunne, Dichte korst voor kwik, " wordt op 1 mei gepubliceerd in Aardse en planetaire wetenschapsbrieven en is momenteel online beschikbaar.

Sori bepaalde de dichtheid van de korst van Mercurius met behulp van gegevens verzameld door het Mercurius-oppervlak, Space Environment and Geochemistry Ranging (MESSENGER) ruimtevaartuig. Hij maakte zijn schatting met behulp van een formule ontwikkeld door Isamu Matsuyama, een professor in het Lunar and Planetary Laboratory, en University of California Berkeley wetenschapper Douglas Hemingway.

Sori's schatting ondersteunt de theorie dat de korst van Mercurius grotendeels is gevormd door vulkanische activiteit. Als we begrijpen hoe de korst is gevormd, kunnen wetenschappers de vorming van de hele vreemd gestructureerde planeet begrijpen.

"Van de aardse planeten, Mercurius heeft de grootste kern in verhouding tot zijn grootte, ' zei Sori.

Men denkt dat de kern van Mercurius 60 procent van het totale volume van de planeet inneemt. Ter vergelijking, De kern van de aarde neemt ongeveer 15 procent van zijn volume in beslag. Waarom is de kern van Mercurius zo groot?

"Misschien is het dichter bij een normale planeet gevormd en misschien is veel van de korst en mantel weggestript door gigantische inslagen, "Zei Sori. "Een ander idee is dat misschien, wanneer je je zo dicht bij de zon vormt, de zonnewinden blazen veel van het gesteente weg en je krijgt al heel vroeg een grote kerngrootte. Er is nog geen antwoord waar iedereen het mee eens is."

Sori's werk kan wetenschappers in de goede richting helpen. Nu al, het heeft een probleem opgelost met betrekking tot de rotsen in de korst van Mercurius.

Mercurius' mysterieuze rotsen

Toen de planeten en de maan van de aarde werden gevormd, hun korsten werden geboren uit hun mantels, de laag tussen de kern en de korst van een planeet die in de loop van miljoenen jaren druipt en stroomt. Het volume van de korst van een planeet vertegenwoordigt het percentage mantel dat in rotsen is veranderd.

Voor Sori's studie, schattingen van de dikte van de korst van Mercurius brachten wetenschappers ertoe te geloven dat 11 procent van de oorspronkelijke mantel van de planeet in rotsen in de korst was veranderd. Voor de maan van de aarde - het hemellichaam dat qua grootte het dichtst bij Mercurius ligt - is het aantal lager, bijna 7 procent.

"De twee lichamen vormden hun korsten op heel verschillende manieren, dus het was niet per se alarmerend dat ze niet exact hetzelfde percentage stenen in hun korst hadden, ' zei Sori.

De korst van de maan werd gevormd toen minder dichte mineralen naar het oppervlak dreven van een oceaan van vloeibaar gesteente dat de mantel van het lichaam werd. Op de top van de magma-oceaan, de drijvende mineralen van de maan koelden af ​​en verhardden tot een 'drijfkorst'. Eeuwenlange vulkaanuitbarstingen bedekten het oppervlak van Mercurius en creëerden zijn 'magmatische korst'.

Uitleggen waarom Mercurius meer rotsen creëerde dan de maan, was een wetenschappelijk mysterie dat niemand had opgelost. Nutsvoorzieningen, de zaak kan worden gesloten, aangezien Sori's studie het percentage gesteente in de korst van Mercurius op 7 procent plaatst. Mercurius is niet beter dan de maan in het maken van rotsen.

Sori loste het mysterie op door de diepte en dichtheid van de korst te schatten, wat betekende dat hij moest uitzoeken wat voor soort isostasie de korst van Mercurius ondersteunde.

Dichtheid en diepte bepalen

De meest natuurlijke vorm die een planetair lichaam kan aannemen, is een gladde bol, waarbij alle punten op het oppervlak op gelijke afstand van de kern van de planeet liggen. Isostasy beschrijft hoe bergen, valleien en heuvels worden ondersteund en voorkomen dat ze afvlakken tot gladde vlaktes.

Er zijn twee hoofdtypen isostasie:Pratt en Airy. Beide richten zich op het balanceren van de massa's van even grote plakken van de planeet. Als de massa in een plak veel groter is dan de massa in een plak ernaast, de mantel van de planeet zal sijpelen, schuif de korst erop totdat de massa's van elke plak gelijk zijn.

Pratt isostasie stelt dat de korst van een planeet varieert in dichtheid. Een plak van de planeet met een berg heeft dezelfde massa als een plak met vlak land, omdat de korst die de berg maakt, minder dicht is dan de korst die vlak land maakt. In alle punten van de planeet, de bodem van de korst drijft gelijkmatig op de mantel.

Tot Sori zijn studie afrondde, geen enkele wetenschapper had uitgelegd waarom Pratt isostasie wel of niet het landschap van Mercurius zou ondersteunen. Om het te testen, Sori moest de dichtheid van de planeet relateren aan zijn topografie. Wetenschappers hadden al een topografische kaart van Mercurius gemaakt met behulp van gegevens van MESSENGER, maar een kaart van dichtheid bestond niet. Dus Sori maakte zijn eigen met behulp van MESSENGER's gegevens over de elementen op het oppervlak van Mercurius.

"We weten welke mineralen gewoonlijk gesteenten vormen, en we weten welke elementen elk van deze mineralen bevat. We kunnen alle chemische abundanties intelligent verdelen in een lijst van mineralen, " Sori zei over het proces dat hij gebruikte om de locatie en de overvloed aan mineralen op het oppervlak te bepalen. "We kennen de dichtheid van elk van deze mineralen. We tellen ze allemaal op, en we krijgen een kaart van de dichtheid."

Sori vergeleek vervolgens zijn dichtheidskaart met de topografische kaart. Als Pratt isostasie het landschap van Mercurius zou kunnen verklaren, Sori verwachtte mineralen met een hoge dichtheid in kraters en mineralen met een lage dichtheid in bergen te vinden; echter, hij vond geen dergelijke relatie. op Mercurius, mineralen van hoge en lage dichtheid worden zowel in bergen als in kraters aangetroffen.

Met Pratt isostasie weerlegd, Sori overwoog Luchtige isostasie, die is gebruikt om schattingen te maken van de korstdikte van Mercurius. Luchtige isostasie stelt dat de diepte van de korst van een planeet varieert afhankelijk van de topografie.

"Als je een berg aan de oppervlakte ziet, het kan worden ondersteund door een wortel eronder, "Sori zei, vergelijken met een ijsberg die op het water drijft.

Het topje van een ijsberg wordt ondersteund door een ijsmassa die diep onder water uitsteekt. De ijsberg bevat dezelfde massa als het water dat het verplaatst. evenzo, een berg en zijn wortel zullen dezelfde massa bevatten als het mantelmateriaal dat wordt verplaatst. In kraters, de korst is dun, en de mantel is dichter bij het oppervlak. Een wig van de planeet met een berg zou dezelfde massa hebben als een wig met een krater.

"Deze argumenten werken in twee dimensies, maar als je rekening houdt met sferische geometrie, de formule klopt niet helemaal, ' zei Sori.

De formule die onlangs is ontwikkeld door Matsuyama en Hemingway, Hoewel, werkt voor bolvormige lichamen zoals planeten. In plaats van de massa's van de korst en de mantel in evenwicht te brengen, de formule balanceert de druk die de korst op de mantel uitoefent, het verstrekken van een nauwkeurigere schatting van de korstdikte.

Sori gebruikte zijn schattingen van de dichtheid van de korst en de formule van Hemingway en Matsuyama om de dikte van de korst te vinden. Sori is confident his estimate of Mercury's crustal thickness in its northern hemisphere will not be disproven, even if new data about Mercury is collected. He does not share this confidence about Mercury's crustal density.

MESSENGER collected much more data on the northern hemisphere than the southern, and Sori predicts the average density of the planet's surface will change when density data is collected over the entire planet. He already sees the need for a follow-up study in the future.

The next mission to Mercury will arrive at the planet in 2025. In the meantime, scientists will continue to use MESSENGER data and mathematical formulas to learn everything they can about the first rock from the sun.