Esta imagen de Mercurio fue creada usando infrarrojos, filtros rojos y violetas que capturan longitudes de onda visibles e invisibles para el ojo humano; los colores que se muestran aquí son solo ligeramente diferentes de los que vería el ojo humano. Crédito:NASA / Universidad Johns Hopkins APL / Carnegie Institute of Washington
Mercurio es pequeño rápido y cerca del sol, haciendo que el mundo rocoso sea un desafío para visitar. Solo una sonda ha orbitado el planeta y ha recopilado suficientes datos para informar a los científicos sobre la química y el paisaje de la superficie de Mercurio. Aprendiendo sobre lo que hay debajo de la superficie, sin embargo, requiere una estimación cuidadosa.
Después de que finalizara la misión de la sonda en 2015, Los científicos planetarios estimaron que la corteza de Mercurio tenía aproximadamente 35 kilómetros de espesor. Un científico de la Universidad de Arizona no está de acuerdo.
Usando las fórmulas matemáticas más recientes, El científico asociado del Laboratorio Planetario y Lunar Michael Sori estima que la corteza mercurial tiene solo 16 millas de espesor y es más densa que el aluminio. Su estudio, "Una delgada, Corteza densa de mercurio, "se publicará el 1 de mayo en Cartas de ciencia terrestre y planetaria y actualmente está disponible en línea.
Sori determinó la densidad de la corteza de Mercurio utilizando datos recopilados por Mercury Surface, Nave espacial de Medio Ambiente y Geoquímica del Espacio (MESSENGER). Creó su estimación utilizando una fórmula desarrollada por Isamu Matsuyama, profesor en el Laboratorio Lunar y Planetario, y el científico de la Universidad de California en Berkeley, Douglas Hemingway.
La estimación de Sori apoya la teoría de que la corteza de Mercurio se formó en gran parte a través de la actividad volcánica. Comprender cómo se formó la corteza puede permitir a los científicos comprender la formación de todo el planeta con una estructura extraña.
"De los planetas terrestres, Mercurio tiene el núcleo más grande en relación con su tamaño, "Dijo Sori.
Se cree que el núcleo de Mercurio ocupa el 60 por ciento del volumen total del planeta. Para comparacion, El núcleo de la Tierra ocupa aproximadamente el 15 por ciento de su volumen. ¿Por qué el núcleo de Mercurio es tan grande?
"Tal vez se formó más cerca de un planeta normal y tal vez gran parte de la corteza y el manto fueron arrancados por impactos gigantes, "Dijo Sori." Otra idea es que tal vez, cuando te estás formando tan cerca del sol, los vientos solares arrastran gran parte de la roca y se obtiene un núcleo de gran tamaño desde el principio. Todavía no hay una respuesta a la que todos estén de acuerdo ".
El trabajo de Sori puede ayudar a orientar a los científicos en la dirección correcta. Ya, ha resuelto un problema relacionado con las rocas de la corteza de Mercurio.
El Servicio Geológico de Estados Unidos publicó este mapa topográfico de Mercurio en 2016. Las elevaciones más altas están coloreadas de rojo, y las elevaciones más bajas son de color azul oscuro.
Las rocas misteriosas de Mercurio
Cuando se formaron los planetas y la luna de la Tierra, sus costras nacieron de sus mantos, la capa entre el núcleo y la corteza de un planeta que rezuma y fluye a lo largo de millones de años. El volumen de la corteza de un planeta representa el porcentaje de manto que se convirtió en rocas.
Antes del estudio de Sori, Las estimaciones del grosor de la corteza de Mercurio llevaron a los científicos a creer que el 11 por ciento del manto original del planeta se había convertido en rocas en la corteza. Para la luna de la Tierra, el cuerpo celeste más cercano en tamaño a Mercurio, el número es menor, cerca del 7 por ciento.
"Los dos cuerpos formaron sus costras de formas muy diferentes, por lo que no era necesariamente alarmante que no tuvieran exactamente el mismo porcentaje de rocas en su corteza, "Dijo Sori.
La corteza lunar se formó cuando minerales menos densos flotaron hacia la superficie de un océano de roca líquida que se convirtió en el manto del cuerpo. En la cima del océano de magma, los minerales flotantes de la luna se enfriaron y endurecieron en una "corteza de flotación". Eones de erupciones volcánicas cubrieron la superficie de Mercurio y crearon su "corteza magmática".
Explicar por qué Mercurio creó más rocas que la luna era un misterio científico que nadie había resuelto. Ahora, el caso se puede cerrar, ya que el estudio de Sori sitúa el porcentaje de rocas en la corteza de Mercurio en un 7 por ciento. Mercurio no es mejor que la luna para hacer rocas.
Sori resolvió el misterio estimando la profundidad y densidad de la corteza, lo que significaba que tenía que averiguar qué tipo de isostasia soportaba la corteza de Mercurio.
Determinación de la densidad y la profundidad
La forma más natural que puede adoptar un cuerpo planetario es una esfera lisa, donde todos los puntos de la superficie están a la misma distancia del núcleo del planeta. Isostasy describe cómo las montañas, los valles y las colinas se apoyan y evitan que se aplanen en llanuras suaves.
Hay dos tipos principales de isostasia:Pratt y Airy. Ambos se centran en equilibrar las masas de partes del planeta de igual tamaño. Si la masa en una rebanada es mucho mayor que la masa en una rebanada contigua, el manto del planeta rezumará, moviendo la corteza encima hasta que las masas de cada rebanada sean iguales.
Aunque Mercurio puede parecer monótono para el ojo humano, diferentes minerales aparecen en un arco iris de colores en esta imagen de la nave espacial MESSENGER de la NASA. Crédito:NASA / Universidad Johns Hopkins APL / Institución Carnegie de Washington
La isostasia de Pratt establece que la corteza de un planeta varía en densidad. Una porción del planeta que contiene una montaña tiene la misma masa que una porción que contiene tierra plana, porque la corteza que forma la montaña es menos densa que la corteza que hace la tierra plana. En todos los puntos del planeta, la parte inferior de la corteza flota uniformemente sobre el manto.
Hasta que Sori completó su estudio, ningún científico había explicado por qué la isostasia de Pratt respaldaría o no el paisaje de Mercurio. Para probarlo, Sori necesitaba relacionar la densidad del planeta con su topografía. Los científicos ya habían construido un mapa topográfico de Mercurio utilizando datos de MESSENGER, pero no existía un mapa de densidad. Entonces Sori hizo el suyo usando los datos de MESSENGER sobre los elementos encontrados en la superficie de Mercurio.
"Sabemos qué minerales suelen formar rocas, y sabemos qué elementos contiene cada uno de estos minerales. Podemos dividir inteligentemente todas las abundancias químicas en una lista de minerales, "Sori dijo sobre el proceso que utilizó para determinar la ubicación y abundancia de minerales en la superficie". Conocemos las densidades de cada uno de estos minerales. Los sumamos todos, y obtenemos un mapa de densidad ".
Sori luego comparó su mapa de densidad con el mapa topográfico. Si la isostasia de Pratt pudiera explicar el paisaje de Mercurio, Sori esperaba encontrar minerales de alta densidad en cráteres y minerales de baja densidad en montañas; sin embargo, no encontró tal relación. En Mercurio, Los minerales de alta y baja densidad se encuentran tanto en montañas como en cráteres.
Con la isostasia de Pratt refutada, Sori consideró la isostasia de Airy, que se ha utilizado para hacer estimaciones del grosor de la corteza de Mercurio. Airy isostasy establece que la profundidad de la corteza de un planeta varía según la topografía.
"Si ves una montaña en la superficie, puede ser sostenido por una raíz debajo de él, "Sori dijo, comparándolo con un iceberg flotando en el agua.
La punta de un iceberg está sostenida por una masa de hielo que sobresale profundamente bajo el agua. El iceberg contiene la misma masa que el agua que desplaza. Similar, una montaña y su raíz contendrán la misma masa que el material del manto que se está desplazando. En cráteres la corteza es fina, y el manto está más cerca de la superficie. Una cuña del planeta que contiene una montaña tendría la misma masa que una cuña que contiene un cráter.
"Estos argumentos funcionan en dos dimensiones, pero cuando se tiene en cuenta la geometría esférica, la fórmula no funciona exactamente, "Dijo Sori.
La fórmula desarrollada recientemente por Matsuyama y Hemingway, aunque, funciona para cuerpos esféricos como planetas. En lugar de equilibrar las masas de la corteza y el manto, la fórmula equilibra la presión que ejerce la corteza sobre el manto, proporcionando una estimación más precisa del grosor de la corteza.
Sori usó sus estimaciones de la densidad de la corteza y la fórmula de Hemingway y Matsuyama para encontrar el grosor de la corteza. 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.
