De kleinste planeet in het zonnestelsel, Mercurius, vertoont een sterke gelijkenis met de maan van de aarde. Net als de andere drie aardse planeten heeft Mercurius een kern met daaromheen een mantel en een korst. Maar de kern van Mercurius maakt een groter deel van de planeet uit dan andere in het zonnestelsel, wat duidt op een chaotisch begin.

Het oppervlak van Mercurius

De eerste beelden van Mercurius toonden een gekratelde, rotsachtige planeet die sterk leek op de maan van de aarde. De begindagen van het zonnestelsel, kort na de vorming van de rotsachtige planeet, waren gewelddadig, met voortdurende botsingen, en de omstandigheden op Mercurius hebben het bewijs van veel van deze inslagen bewaard.

Toen NASA’s MESSENGER orbiter de planeet in 2008 bezocht, werd het het eerste ruimtevaartuig dat een glimp kon opvangen van de volledige verspreiding van het Caloris bekken, een van de grootste en jongste inslagkenmerken in het zonnestelsel. De krater strekt zich uit over ongeveer 1.550 kilometer van het oppervlak van de planeet en is omgeven door een ring van bergen van 2 km hoog. Vulkanische openingen rond de rand van het bekken suggereren dat vulkanisme heeft geholpen om de kleine wereld te vormen.

Andere bewijzen voor vulkanisme omvatten verschillende vlaktes die sommige van de eerste kraters hebben gladgestreken. De meeste vlaktes zijn bedekt met kraters, wat suggereert dat vulkanisme lang geleden plaatsvond. MESSENGER heeft echter ontdekt dat de bodem van veel kraters gekanteld is, en dat een deel van de bodem van het Caloris-bekken boven de rand is uitgestegen. De ontdekking suggereert dat Mercurius tot ver na zijn geboorte actief is gebleven.

“Het is niet uitgesloten dat Mercurius vandaag de dag nog steeds actief is, al merk ik op dat dit niet erg waarschijnlijk is,” vertelde Maria Zuber, een planeetwetenschapper aan het Massachusetts Institute of Technology in 2012 aan Space.com. “Zeker is dat we geen actieve uitbarsting of extrusie hebben waargenomen.”

Een van de jongste inslagbekkens van Mercurius, Rachmaninoff, is slechts ongeveer een miljard jaar oud. Het inslagbekken met een diameter van 290 km heeft gladde vlaktes op de bodem die doen denken aan lavastromen. Het laagste punt op de planeet ligt binnen het bekken.

“We interpreteren deze vlaktes als de jongste vulkanische afzettingen die we tot nu toe op Mercurius hebben gevonden,” zei MESSENGER plaatsvervangend projectwetenschapper Louise Prockter, van het Jet Propulsion Laboratory in Californië, in 2010.

Hoewel de temperaturen op de planeet kunnen oplopen tot 801 graden Fahrenheit (427 graden Celsius), ontdekte MESSENGER water-ijs op zijn oppervlak in de schaduwrijke delen van sommige van de polaire kraters, waar de zon niet komt. Volgens de NASA bedekt een mysterieus donker organisch materiaal een deel van het ijs, wat wetenschappers voor een raadsel stelt.

Naast een bewijs van het vroege vulkanisme van de planeet, vertonen de gladde vlaktes ook sporen van rimpelruggen, ontstaan toen de planeet samenkromp. Dit samenpersen gebeurde waarschijnlijk toen het inwendige afkoelde. Hoewel een zekere mate van samendrukking gebruikelijk is bij lichamen in het zonnestelsel, is de samendrukking van Mercurius, toen het zich meer naar binnen trok, de grootste die tot nu toe is waargenomen. Wetenschappers schatten dat de straal van de planeet met 1 tot 2 kilometer is gekrompen toen de temperaturen diep in het binnenste daalden.

Een klein lichaam als Mercurius zou het moeilijk hebben om in de beste omstandigheden een atmosfeer vast te houden. Door de korte afstand tussen Mercurius en de zon ondervindt Mercurius ook de invloed van de zonnewind, die voortdurend de dunne atmosfeer wegveegt die de planeet toch weet te verzamelen. Met slechts een verwaarloosbare atmosfeer verschillen de temperaturen aan de nacht- en dagzijde dramatisch.

Door de ijle atmosfeer kunnen de meeste kosmische stralen de planeet bombarderen, waardoor neutronen worden onttrokken aan elementen die op het oppervlak liggen. MESSENGER bestudeerde opgeworpen materiaal en vond sporen van kalium en silicium, wat suggereert dat deze elementen aan het oppervlak van de planeet liggen.

De korst van Mercurius is waarschijnlijk zeer dun, dunner dan die van de aarde. De buitenste schil is slechts zo’n 500 tot 600 km dik.

De planeet heeft geen platentektoniek, wat een deel van de reden is waarom het gekratelde oppervlak miljarden jaren bewaard is gebleven.

De kern van de materie

Hoewel het de kleinste planeet is, is Mercurius de op een na dichtste, alleen overtroffen door de Aarde. Wetenschappers gebruikten de berekende dichtheid om vast te stellen dat Mercurius een grote metalen kern heeft. Met een straal van 1.100 tot 1.200 mijl (1.800 tot 1.900 km), maakt de kern ongeveer 85 procent uit van de straal van de planeet. Radarbeelden, genomen vanaf de aarde, onthulden dat de kern vloeibaar gesmolten is, in plaats van vast.

De kern van Mercurius bevat meer ijzer dan enige andere planeet in het zonnestelsel. Wetenschappers denken dat dit te maken heeft met zijn vorming en het vroege leven. Als de planeet snel is gevormd, kan de temperatuur van de evoluerende zon een groot deel van het oppervlak hebben verdampt, zodat er slechts een dunne schil is overgebleven.

Een ander alternatief is dat een grotere Mercurius in zijn vroege leven is ingeslagen, tijdens het gewelddadige, chaotische begin van het zonnestelsel. Een dergelijke inslag zou een groot deel van zijn buitenste schil kunnen hebben weggerukt, waardoor een kern overbleef die te groot was voor de overblijvende planeet.

De ijzeren kern van Mercurius genereert een magnetisch veld dat ongeveer één procent zo sterk is als dat van de aarde. Het veld is vrij actief, interageert vaak met de zonnewind en trechtert plasma van de zon naar het oppervlak van de planeet. De waterstof en helium die door de zonnewind worden opgevangen, helpen een deel van Mercurius’ ijle atmosfeer te vormen.

Door MESSENGER nauwkeurig te volgen, konden wetenschappers het zwaartekrachtsveld van de planeet meten. Ze stelden vast dat de rotsachtige wereld “mascons” heeft, massieve zwaartekrachtconcentraties die worden geassocieerd met grote inslagbekkens.

“Deze werden voor het eerst ontdekt op de maan in 1968 en veroorzaakten grote problemen in het Apollo-programma omdat ze ruimtevaartuigen met een lage omloopbaan rondtrokken en navigatie bemoeilijkten,” zei Zuber.

“Vervolgens werden mascons ontdekt op Mars, en nu hebben we ontdekt dat Mercurius ze ook heeft, dus ze lijken een gemeenschappelijk kenmerk te zijn van aardse planetaire lichamen.”

Maar de planeet heeft zijn eigen verschillen. Recente metingen van zijn magnetisch veld toonden aan dat het op zijn noordelijk halfrond drie keer zo sterk is als op zijn zuidelijk halfrond. Onderzoekers gebruikten deze vreemde afwijking om een model van de kern te maken.

De ijzeren kern van de aarde heeft een binnenste vast deel en een buitenste vloeibaar deel. Als de binnenkern groeit, levert hij de energie achter het magnetisch veld van de aarde. Maar het vreemde magnetische veld van de planeet suggereert dat het ijzer van vloeibaar in vast overgaat aan de rand van de kern.

“Het is als een sneeuwstorm waarbij de sneeuw zich vormde aan de bovenkant van de wolk en het midden van de wolk en ook aan de onderkant van de wolk,” zei UCLA-professor Christopher Russell in een verklaring.

“Onze studie van het magnetisch veld van Mercurius geeft aan dat ijzer sneeuwt door deze vloeistof die het magnetisch veld van de aarde aandrijft.”

Beide kernen bevatten lichtere elementen samen met het ijzer, waardoor het geheel niet stolt en het magnetisch veld aandrijft. Het geheel is waarschijnlijk bedekt door een vaste schil van ijzer en zwavel, waardoor een gelaagdheidseffect ontstaat waarvan niet bekend is dat het op de andere aardse planeten bestaat.

Volg Nola Taylor Redd op Twitter @NolaTRedd Facebook of Google+. Volg ons op @Spacedotcom, Facebook of Google+.