MERCURIO Caratteristiche generali Già conosciuto dai Sumeri, nel

MERCURIO
Caratteristiche generali
Già conosciuto dai Sumeri, nel III millennio a.C., pur essendo difficilmente osservabile a causa
della sua vicinanza al Sole (magnitudine apparente tra 1 e -2 dovuta al basso albedo di 0.106), deve
il suo nome al dio romano protettore del commercio, dei viaggi e dei furti.
Mercurio è il pianeta più interno e più piccolo del Sistema Solare: al perielio la sua distanza dal
Sole è di 0.31 AU (distanza media 0.387 AU), orbita con velocità media di 47.9 km/s ed ha un
diametro equatoriale di 4878 km, una massa di 3.3*1026g (1/18 di quella terrestre). Si ricavano
facilmente la sua densità media di 5.43 g/cm3 (nel sistema solare inferiore solo a quella del nostro
pianeta) e la velocità di fuga dalla sua superficie: 4.2 km/s.
E' il pianeta con la massima inclinazione sull'eclittica (i = 7°.00487) e la massima eccentricità
dell'orbita (e = 0.20563); la massima elongazione (cioè distanza angolare dal Sole vista dalla Terra)
varia tra 17.6o e 28.3o.
Non possiede satelliti naturali; essendo un pianeta inferiore, cioè interno all'orbita della Terra,
presenta il fenomeno delle fasi (come la Luna).
La sonda spaziale Mariner 10 (1974) ha fornito i primi dati fotografici ravvicinati della sua
superficie e ha scoperto la presenza di un debole campo magnetico. La sonda Messenger (2009) ha
dato informazioni sull’intera superficie.
La sua orbita non è chiusa, in quanto presenta un moto di precessione dell'asse maggiore di
574"/secolo, di cui 42".98/secolo sono giustificabili solo attraverso la teoria della relatività generale
(considerando la distorsione dello spazio-tempo prodotta dalla gravità solare).
Grazie ad osservazioni compiute nel 1965 con il radiotelescopio di Arecibo, R. Dyce e G. Pettengill
hanno scoperto che Mercurio ruota su se stesso in senso diretto in 58.646 giorni terrestri, pari ai 2/3
del periodo di rivoluzione attorno al Sole (87.969 giorni, il moto di rivoluzione più rapido del
sistema solare). Il processo attraverso cui il pianeta, che prima ruotava molto più velocemente, si è
stabilizzato su questo rapporto è ancora oscuro, anche se probabilmente è legato alla dissipazione di
energia per effetti mareali.
Conseguenze del rapporto 2/3 fra i 2 periodi sono che giorno solare e giorno siderale sono il primo
il triplo del secondo (a differenza della Terra) e che si ha un riscaldamento non uniforme della
superficie: se si fissa come riferimento per la longitudine (cioè λ=0) il meridiano che vede il Sole
alla massima altezza al perielio, dopo un periodo di rivoluzione il pianeta avrà fatto un giro e mezzo
invece di uno, per cui ad ogni perielio il Sole sarà fronteggiato alternativamente dagli emisferi
centrati su 0o e 180o di longitudine. Naturalmente all'afelio si avranno rispettivamente gli emisferi
centrati su 90o e 270o di longitudine: i primi, i poli caldi, ricevono una quantità di radiazione solare
2.31 volte maggiore dei secondi, i poli tiepidi.
Su Mercurio, quindi, la temperatura al suolo non è solo funzione della latitudine, ma anche della
longitudine. Mercurio risulta essere il pianeta con la maggiore escursione termica: durante il giorno
la superficie raggiunge ai poli caldi la temperatura massima di circa 750 K (la temperatura più
elevata registrata su un pianeta nel sistema solare), mentre ai poli tiepidi si ha un massimo di 525
K; nei poli la temperatura raggiunge solo 123 K.
I transiti di Mercurio sul disco solare avvengono quando il pianeta si trova al nodo ascendente
(longitudine eclittica λ=47o) o discendente (λ=227o) e anche la Terra ha gli stessi valori; ciò accade
il 10 novembre e l'8 maggio. I transiti di novembre si ripetono ad intervalli di 7 o 13 (raramente 6)
anni, quelli di maggio di 13 o 33 (raramente 20) anni. Dopo un transito di maggio se ne verifica
sempre uno di novembre 3.5 anni dopo.
Atmosfera
Non essendoci sul pianeta segni di erosione, se ne deduce che l'atmosfera originaria scomparve in
epoche immediatamente successive allo stabilizzarsi della superficie, a causa della radiazione UV e
del vento solare. Un corpo così caldo non potrebbe comunque conservare un' atmosfera
apprezzabile: le molecole dei gas tenderebbero ad avere energie cinetiche sufficienti a superare la
velocità di fuga dalla superficie e a disperdersi nello spazio. Attualmente l'atmosfera di Mercurio è
molto rarefatta (10-15 atm) e continuamente rinnovata, la sua densità diminuisce rapidamente verso
l’esterno: sono presenti K (31.7%), Na (24.9%), O2 (14.8%), Ar (7.0%), He (5.9%) N (5.2%) e H2
(3.2%) probabilmente espulsi dalle rocce a causa dell'incessante bombardamento del vento solare.
Poiché Na e K sono metalli alcalini ed hanno, allo stato fondamentale, un solo elettrone nell'orbitale
più esterno, possono essere ionizzati dalle radiazioni solari, dando vita all'emissione di uno strato di
ioni liberi.
Superficie
La superficie è dominata da crateri da impatto di varie dimensioni, ed è ricoperta da uno strato di
frammenti di rocce analogo, come granularità e spessore, alla regolite lunare, e da rocce silicatiche
simili a quelle terrestri. Poiché predomina il colore ramato si presume che la superficie del pianeta
risulti impoverita di ferro e titanio.
Da un punto di vista geologico macroscopico la superficie si può suddividere in sei unità
fondamentali: i terreni densamente craterizzati, le pianure intercrateriche, le pianure lisce, il bacino
Caloris Planitia, il terreno collinoso rigato e le zone polari.
I crateri sono molto simili a quelli lunari, ma con una lieve diversità di forma dovuta alla presenza
di materiale sollevato vicino al luogo dell'impatto: la gravità su Mercurio è maggiore e questo ha
accorciato il tragitto del materiale sollevato.
Le dimensioni dei crateri mercuriani sono superiori a quelli marziani o lunari: gli oggetti che
colpiscono Mercurio hanno un'alta velocità per il teorema di conservazione dell’energia; essendo
questo pianeta più vicino al Sole, ad un’energia potenziale più bassa corrisponde una maggiore
energia cinetica .
I crateri più vasti, circondati da estese pianure intercrateriche, sono stati appianati dall'assestamento
isostatico e la topografia del pianeta è stata mutata nei secoli da un'intensa attività sismica.
Le pianure lisce somigliano leggermente ai mari lunari e sono le formazioni più giovani, presenti
soprattutto nelle zone boreali. Presentano una superficie relativamente levigata, caratterizzate da
dislivelli inferiori al chilometro e da un numero esiguo di crateri.
Il bacino Caloris Planitia è chiamato così, perché è uno dei punti più caldi del pianeta: è sempre
esposto al Sole durante il passaggio al perielio. Oltre ad essere uno dei più vasti crateri del Sistema
Solare (diametro circa 1340 Km), presenta una struttura decisamente curiosa in quanto è circondato
da una serie concentrica di altopiani che si irradiano rispetto al cratere vero e proprio. L'urto
violento del meteorite, che lo creò circa 3.85 Gyr fa, ha sollevato catene di montagne alte circa 2
Km, generando anche un sistema di valli e fratture che si irradiano dal bacino per 1000 km e ha
scaraventato uno spesso strato di detriti a migliaia di Km di distanza. La collisione sconvolse anche
la superficie agli antipodi di Caloris Planitia con la creazione di molte fratture e faglie. Anche sulla
Terra è stato constatato che le onde d'urto dissipano la loro energia agli antipodi del luogo d'impatto.
Nel bacino ci sono inoltre superfici crateriche levigate e canali, tracce lasciate probabilmente dallo
scorrere della lava durante il primo periodo della sua formazione, e coltri lobate che potrebbero
essere sponde di distese di magma solidificato. Sicuramente, col trascorrere dei secoli, queste zone
pianeggianti si sono modificate ulteriormente grazie agli assestamenti isostatici ed ai processi
tettonici. La densità di questi "smooth plains" è la stessa per la totalità del pianeta e ciò fa supporre
che queste pianure siano tutte all'incirca coeve. È certo però che queste siano le conformazioni più
giovani su Mercurio.
Il “terreno collinoso rigato”, l’ area esattamente agli antipodi del bacino Caloris, consiste di un fitto
intreccio di alture e depressioni in cui le catene di colline hanno una larghezza di 5-10 Km e
dislivelli compresi tra 100 e 1800 metri. Tali catene sono tagliate da depressioni lineari così da
formare tra loro un sistema ortogonale.
Questa parte di superficie si sarebbe formata in un periodo compreso tra la formazione delle regioni
densamente craterizzate e quella delle pianure lisce.
Solo nel 1991, con misurazioni radar si sono studiate le zone polari che hanno un alto potere
riflettente. Si suppone che l'acqua, portata da comete e meteoriti, si sia accumulata in crateri e
crepacci dove la temperatura non supera mai i 123 K e abbia resistito all'azione dei raggi cosmici ed
ultravioletti perché coperta da uno strato di regolite; se ne deduce che Mercurio ha mantenuto
un'orientazione abbastanza stabile nel tempo e non ha mai rivolto i suoi poli verso il Sole.
Si tenga presente che non solo l'acqua ghiacciata presenta alta riflettività al radar: potrebbe perciò
esserci anche dello zolfo allo stato solido.
Tutta la superficie presenta una sorta di ragnatela di grandi scarpate che attraversano tutti i tipi di
terreno finora esaminati e che raggiungono lunghezze di diverse centinaia di chilometri ed altezze
superiori ai 1000 m. Queste scarpate devono essersi formate dalla compressione della crosta seguita
al raffreddamento del pianeta (una riduzione del raggio di Mercurio di 1-2 Km) o potrebbero essere
anche frutto dell'attrazione mareale del Sole.
Struttura interna
Mercurio è poco più grande della Luna, ma la sua densità è tipica di un corpo delle dimensioni della
Terra: questo fa pensare che il nucleo del pianeta sia formato da elementi come ferro e nichel ed
abbia un raggio di circa 1900 km pari a 3/4 dell'intero pianeta, al di sopra del quale ci sia un
mantello composto di silicati di Fe-Mg circondati da ossidi refrattari, avente uno spessore di appena
500-600 km.
Si è riscontrato che il ferro è presente in abbondanza e costituisce il 65 - 70 % della massa totale.
Campo magnetico
Il Mariner 10 ha rilevato la presenza di un debole campo magnetico, pari ad 1/80 di quello terrestre;
l'asse del dipolo forma un angolo di 11o rispetto all'asse di rotazione, che è praticamente
perpendicolare al piano dell'orbita; quindi le polarità del campo sono orientate come sulla Terra.
Si sa che il campo magnetico terrestre è generato dalla circolazione di correnti nel nucleo di metalli
fusi in un processo di dinamo autoalimentata; se il campo magnetico di Mercurio avesse un'origine
analoga, allora anche questo pianeta dovrebbe possedere un nucleo allo stato fuso. Questa ipotesi
contrasta però con il fatto che i corpi piccoli come Mercurio hanno un rapporto elevato fra area
superficiale e volume, pertanto a parità di altri fattori, raffreddandosi, irradiano più velocemente la
propria energia termica nello spazio. Ma se il nucleo fosse solido non si potrebbe mantenere una
dinamo magnetica che si autoalimenti, per cui l'ipotesi più accreditata è che il campo magnetico si
sia generato da un nucleo caldo e liquido in epoche primordiali, magnetizzando poi in modo
permanente la crosta ricca di ferro.
La presenza di un campo magnetico comporta l'esistenza di una magnetosfera, che provoca una
cavità allungata nel flusso di particelle del vento solare, circa 7 volte più piccola di quella terrestre.
Progetti
La sonda Messenger, della Nasa, partita il 3 agosto 2004, è arrivata a destinazione il 6 aprile 2009
inviando interessanti immagini del pianeta. Protetta dalla radiazione solare tramite uno scudo
termico, sta fotografando la superficie di Mercurio cercando conferma dell'esistenza di ghiaccio ai
poli.
La missione Bepi-Colombo, dell'ESA, in programma per il 2012, fotograferà la superficie in diversi
colori e studierà la composizione interna del pianeta, il suo campo magnetico e le interazione tra
atmosfera e vento solare. Sarà composta da 2 unità: il Mercury Planetary Orbiter (MPO) la cui
distanza dal pianeta varierà tra 400 e 1500 km e il Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) che
invece effettuerà le sue orbite fra 400 e 12000 km dalla superficie del pianeta.