Mercurio è piccolo, veloce e vicino al sole, rendendo il mondo roccioso difficile da visitare. Solo una sonda ha mai orbitato attorno al pianeta e ha raccolto dati sufficienti per raccontare agli scienziati la chimica e il paesaggio della superficie di Mercurio. Imparare cosa c'è sotto la superficie, però, richiede un'attenta valutazione.

Dopo che la missione della sonda si è conclusa nel 2015, scienziati planetari hanno stimato che la crosta di Mercurio fosse spessa circa 22 miglia. Uno scienziato dell'Università dell'Arizona non è d'accordo.

Utilizzando le formule matematiche più recenti, Lo scienziato del Lunar and Planetary Laboratory, Michael Sori, stima che la crosta di Mercurial sia spessa solo 16 miglia ed è più densa dell'alluminio. Il suo studio, "Un sottile, Crosta densa per il mercurio, " sarà pubblicato il 1 maggio in Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti ed è attualmente disponibile online.

Sori ha determinato la densità della crosta di Mercurio utilizzando i dati raccolti dalla superficie di Mercurio, Veicolo spaziale Space Environment and Geochemistry Ranging (MESSENGER). Ha creato la sua stima utilizzando una formula sviluppata da Isamu Matsuyama, un professore del Laboratorio Lunare e Planetario, e lo scienziato Douglas Hemingway dell'Università della California Berkeley.

La stima di Sori supporta la teoria che la crosta di Mercurio si sia formata in gran parte attraverso l'attività vulcanica. Capire come si è formata la crosta può consentire agli scienziati di comprendere la formazione dell'intero pianeta stranamente strutturato.

"Dei pianeti terrestri, Mercurio ha il nucleo più grande rispetto alle sue dimensioni, " ha detto Sori.

Si ritiene che il nucleo di Mercurio occupi il 60% dell'intero volume del pianeta. Per confronto, Il nucleo della Terra occupa circa il 15% del suo volume. Perché il nucleo di Mercurio è così grande?

"Forse si è formato più vicino a un pianeta normale e forse gran parte della crosta e del mantello sono stati strappati via da impatti giganteschi, " Disse Sori. "Un'altra idea è che forse, quando ti stai formando così vicino al sole, i venti solari spazzano via gran parte della roccia e si ottiene un nucleo di grandi dimensioni molto presto. Non c'è ancora una risposta su cui tutti sono d'accordo".

Il lavoro di Sori può aiutare a indirizzare gli scienziati nella giusta direzione. Già, ha risolto un problema relativo alle rocce nella crosta di Mercurio.

Le misteriose rocce di Mercurio

Quando si formarono i pianeti e la luna terrestre, le loro croste nacquero dai loro manti, lo strato tra il nucleo e la crosta di un pianeta che trasuda e scorre nel corso di milioni di anni. Il volume della crosta di un pianeta rappresenta la percentuale di mantello che è stata trasformata in rocce.

Prima dello studio di Sori, le stime dello spessore della crosta di Mercurio hanno portato gli scienziati a credere che l'11% del mantello originale del pianeta fosse stato trasformato in rocce nella crosta. Per la luna della Terra - il corpo celeste di dimensioni più vicine a Mercurio - il numero è inferiore, vicino al 7%.

"I due corpi hanno formato le loro croste in modi molto diversi, quindi non era necessariamente allarmante che non avessero la stessa identica percentuale di rocce nella loro crosta, " ha detto Sori.

La crosta lunare si è formata quando minerali meno densi hanno galleggiato sulla superficie di un oceano di roccia liquida che è diventato il mantello del corpo. In cima all'oceano di magma, i minerali galleggianti della luna si sono raffreddati e si sono induriti in una "crosta di galleggiamento". Eoni di eruzioni vulcaniche hanno ricoperto la superficie di Mercurio e hanno creato la sua "crosta magmatica".

Spiegare perché Mercurio ha creato più rocce della luna era un mistero scientifico che nessuno aveva risolto. Ora, il caso può essere chiuso, poiché lo studio di Sori pone la percentuale di rocce nella crosta di Mercurio al 7%. Mercurio non è migliore della luna nel fare rocce.

Sori ha risolto il mistero stimando la profondità e la densità della crosta, il che significava che doveva scoprire che tipo di isostasia supportava la crosta di Mercurio.

Determinazione di densità e profondità

La forma più naturale che un corpo planetario possa assumere è una sfera liscia, dove tutti i punti sulla superficie sono alla stessa distanza dal nucleo del pianeta. Isostasy descrive come le montagne, valli e colline sono sostenute e impedite di appiattirsi in pianure lisce.

Esistono due tipi principali di isostasia:Pratt e Airy. Entrambi si concentrano sul bilanciamento delle masse di fette di uguali dimensioni del pianeta. Se la massa in una fetta è molto maggiore della massa in una fetta accanto ad essa, il mantello del pianeta stillerà, spostandovi sopra la crosta fino a quando le masse di ogni fetta saranno uguali.

L'isostasi di Pratt afferma che la crosta di un pianeta varia in densità. Una fetta del pianeta che contiene una montagna ha la stessa massa di una fetta che contiene un terreno pianeggiante, perché la crosta che fa la montagna è meno densa della crosta che fa la pianura. In tutti i punti del pianeta, il fondo della crosta galleggia uniformemente sul mantello.

Fino a quando Sori ha completato i suoi studi, nessuno scienziato aveva spiegato perché l'isostasi di Pratt avrebbe o non avrebbe supportato il paesaggio di Mercurio. Per provarlo, Sori aveva bisogno di mettere in relazione la densità del pianeta con la sua topografia. Gli scienziati avevano già costruito una mappa topografica di Mercurio utilizzando i dati di MESSENGER, ma una mappa della densità non esisteva. Quindi Sori ha creato il suo usando i dati di MESSENGER sugli elementi trovati sulla superficie di Mercurio.

"Sappiamo quali minerali di solito formano le rocce, e sappiamo quali elementi contengono ciascuno di questi minerali. Possiamo dividere in modo intelligente tutte le abbondanze chimiche in un elenco di minerali, " Sori ha detto del processo che ha usato per determinare la posizione e l'abbondanza dei minerali sulla superficie. "Conosciamo le densità di ciascuno di questi minerali. li sommiamo tutti, e otteniamo una mappa della densità."

Sori ha quindi confrontato la sua mappa della densità con la mappa topografica. Se l'isostasi di Pratt potesse spiegare il paesaggio di Mercurio, Sori si aspettava di trovare minerali ad alta densità nei crateri e minerali a bassa densità nelle montagne; però, non ha trovato tale relazione. su Mercurio, minerali di alta e bassa densità si trovano sia nelle montagne che nei crateri.

Con l'isostasi di Pratt smentita, Sori considerava l'isostasi di Airy, che è stato utilizzato per fare stime dello spessore crostale di Mercurio. L'isostasi aerea afferma che la profondità della crosta di un pianeta varia a seconda della topografia.

"Se vedi una montagna in superficie, può essere sostenuto da una radice sotto di esso, "Sori ha detto, paragonandolo a un iceberg che galleggia sull'acqua.

La punta di un iceberg è sostenuta da una massa di ghiaccio che sporge in profondità sott'acqua. L'iceberg contiene la stessa massa dell'acqua che sposta. Allo stesso modo, una montagna e la sua radice conterranno la stessa massa del materiale del mantello spostato. Nei crateri, la crosta è sottile, e il mantello è più vicino alla superficie. Un cuneo del pianeta contenente una montagna avrebbe la stessa massa di un cuneo contenente un cratere.

"Questi argomenti funzionano in due dimensioni, ma quando si tiene conto della geometria sferica, la formula non funziona esattamente, " ha detto Sori.

La formula recentemente sviluppata da Matsuyama e Hemingway, anche se, funziona per corpi sferici come i pianeti. Invece di bilanciare le masse della crosta e del mantello, la formula bilancia la pressione che la crosta esercita sul mantello, fornendo una stima più accurata dello spessore crostale.

Sori ha usato le sue stime della densità della crosta e la formula di Hemingway e Matsuyama per trovare lo spessore della crosta. 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.