MERKUR (PLANET): ENTDECKUNG, EIGENSCHAFTEN, ZUSAMMENSETZUNG, UMLAUFBAHN, BEWEGUNG - ARTE - 2024

Merkur ist der sonnennächste Planet und auch der kleinste der 8 Hauptplaneten im Sonnensystem. Es kann mit bloßem Auge gesehen werden, obwohl es nicht leicht zu finden ist. Trotzdem ist dieser kleine Planet seit der Antike bekannt.

Sumerische Astronomen haben ihre Existenz um das 14. Jahrhundert v. Chr. Im Mul-Apin, einer Abhandlung über Astronomie, aufgezeichnet. Dort gaben sie ihm den Namen Udu-Idim-Gu oder "Planet des Sprunges", während die Babylonier ihn Nabu nannten, den Boten der Götter, dieselbe Bedeutung, die der Name Merkur für die alten Römer hatte.

Abbildung 1. Der Planet Merkur. Quelle: Pixabay.

Da Merkur im Morgen- oder Abendlicht (nur schwer) sichtbar ist, erkannten die alten Griechen nur langsam, dass es sich um dasselbe Himmelsobjekt handelte, und nannten den Merkur im Morgengrauen Apollo und den in der Abenddämmerung Hermes die Post der Götter.

Der große Mathematiker Pythagoras war sich sicher, dass es sich um denselben Stern handelte, und schlug vor, dass Merkur wie von der Erde aus gesehen vor der Sonnenscheibe vorbeiziehen könnte.

Dieses Phänomen ist als Transit bekannt und tritt durchschnittlich 13 Mal pro Jahrhundert auf. Der letzte Merkurtransit fand im November 2019 statt und der nächste im November 2032.

Andere Astronomen alter Kulturen wie die Mayas, Chinesen und Hindus sammelten ebenfalls Eindrücke von Merkur und den anderen Lichtpunkten, die sich schneller am Himmel bewegten als die Sterne im Hintergrund: die Planeten.

Die Erfindung des Teleskops veranlasste die Untersuchung des schwer fassbaren Objekts. Galileo war der erste, der Merkur mit optischen Instrumenten sah, obwohl der Himmelsbote viele seiner Geheimnisse bis zur Ankunft des Weltraumzeitalters verborgen hielt.

Allgemeine Charakteristiken

Innerer Planet

Merkur ist einer der 8 Hauptplaneten im Sonnensystem. Zusammen mit der Erde bilden Venus und Mars die 4 inneren Planeten, die der Sonne am nächsten liegen und sich durch Felsigkeit auszeichnen. Es ist das kleinste unter allen und das mit der geringsten Masse, aber andererseits ist es nach der Erde das dichteste.

Daten erhalten

Ein Großteil der Daten über Quecksilber stammt von der Mariner 10-Sonde, die 1973 von der NASA gestartet wurde und deren Zweck darin bestand, Daten von der benachbarten Venus und Merkur zu sammeln. Bis dahin waren viele Eigenschaften des kleinen Planeten unbekannt.

Es ist zu beachten, dass es angesichts der Empfindlichkeit der Geräte gegenüber Sonnenstrahlung nicht möglich ist, Teleskope wie Hubble auf Quecksilber auszurichten. Aus diesem Grund stammt neben den Sonden ein großer Teil der Daten auf dem Planeten aus Beobachtungen mit Radar.

Atmosphäre

Die Mercurianische Atmosphäre ist sehr dünn und der Luftdruck dort ist ein Billionstel des Erddrucks. Die dünne Gasschicht besteht aus Wasserstoff, Helium, Sauerstoff und Natrium.

Quecksilber hat auch ein eigenes Magnetfeld, das fast so alt ist wie der Planet selbst, ähnlich wie das Erdmagnetfeld, aber viel weniger intensiv: kaum 1%.

Temperaturen

Die Temperaturen auf Merkur sind die extremsten unter allen Planeten: Tagsüber erreichen sie an einigen Stellen sengende 430 ° C, genug, um Blei zu schmelzen. Aber nachts fallen die Temperaturen auf -180 ºC.

Tag und Nacht des Merkur unterscheiden sich jedoch stark von dem, was wir auf der Erde erleben. Später wird erklärt, wie ein hypothetischer Reisender, der die Oberfläche erreicht, sie sehen würde.

Zusammenfassung der wichtigsten physikalischen Eigenschaften des Planeten

-Masse: 3,3 × 10 ²³ kg

-Äquatorialer Radius : 2440 km oder 0,38-facher Radius der Erde.

-Form: Der Planet Merkur ist eine nahezu perfekte Kugel.

- Durchschnittliche Entfernung zur Sonne: 58.000.000 km

-Temperatur: durchschnittlich 167 ºC

-Gravitation: 3,70 m / s ²

- Eigenes Magnetfeld: Ja, ca. 220 nT Intensität.

-Atmosphäre: dim

-Dichte: 5430 kg / m ³

-Satelliten: 0

-Ringe: hat nicht.

Übersetzungsbewegung

Merkur führt eine Translationsbewegung um die Sonne gemäß Keplers Gesetzen aus, was darauf hinweist, dass die Umlaufbahnen der Planeten elliptisch sind. Quecksilber folgt der elliptischsten - oder längsten - Umlaufbahn aller Planeten und weist daher die höchste Exzentrizität auf: 0,2056.

Die maximale Entfernung zwischen Merkur und Sonne beträgt 70 Millionen Kilometer und die minimale 46 Millionen. Der Planet benötigt ungefähr 88 Tage, um eine Umdrehung um die Sonne mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 48 km / s durchzuführen.

Dies macht es zum schnellsten Planeten, der die Sonne umkreist und seinem Namen als geflügelter Bote gerecht wird. Die Rotationsgeschwindigkeit um seine Achse ist jedoch erheblich langsamer.

Abbildung 2. Animation der Umlaufbahn von Merkur um die Sonne (gelb) neben der der Erde (blau). Quelle: Wikimedia Commons.

Aber das Lustige ist, dass Merkur nicht der gleichen Flugbahn wie die vorherige Umlaufbahn folgt, mit anderen Worten, es kehrt nicht zum gleichen Ausgangspunkt wie beim vorherigen Mal zurück, sondern erfährt eine kleine Verschiebung, die Präzession genannt wird.

Aus diesem Grund glaubte man eine Zeitlang, dass es eine Asteroidenwolke oder vielleicht einen unbekannten Planeten gab, der die Umlaufbahn störte, die Vulkan genannt wurde.

Die allgemeine Relativitätstheorie könnte jedoch die gemessenen Daten zufriedenstellend erklären, da die Raum-Zeit-Krümmung die Umlaufbahn verschieben kann.

Im Fall von Merkur erfährt die Umlaufbahn eine Verschiebung von 43 Bogensekunden pro Jahrhundert, ein Wert, der genau aus Einsteins Relativitätstheorie berechnet werden kann. Die anderen Planeten haben sehr kleine eigene Verschiebungen, die bisher nicht gemessen wurden.

Merkur Bewegungsdaten

Die folgenden Zahlen sind über die Bewegung von Merkur bekannt:

- Mittlerer Radius der Umlaufbahn: 58.000.000 km.

- Neigung der Umlaufbahn : 7º in Bezug auf die Umlaufbahn der Erde.

-Exzentrizität: 0,2056.

- Durchschnittliche Umlaufgeschwindigkeit : 48 km / h

- Übertragungszeitraum: 88 Tage

- Rotationszeit: 58 Tage

- Sonnentag : 176 Erdentage

Wann und wie man Merkur beobachtet

Von den fünf mit bloßem Auge sichtbaren Planeten ist Merkur am schwierigsten zu erkennen, da er immer sehr nahe am Horizont erscheint, vom Sonnenlicht verdeckt wird und nach kurzer Zeit verschwindet. Außerdem ist seine Umlaufbahn die exzentrischste (ovale) von allen.

Es gibt jedoch geeignetere Jahreszeiten, um den Himmel bei Ihrer Suche zu scannen:

- Auf der Nordhalbkugel : von März bis April in der Dämmerung und von September bis Oktober vor Sonnenaufgang.

-In den Tropen : das ganze Jahr über unter günstigen Bedingungen: klarer Himmel und weit weg von künstlichem Licht.

- Auf der südlichen Hemisphäre : im September und Oktober vor Sonnenaufgang und von März bis April nach Sonnenuntergang. Aus diesen Breiten ist es im Allgemeinen leichter zu erkennen, da der Planet länger über dem Horizont bleibt.

Abbildung 3. Quecksilber ist am Horizont sehr tief sichtbar. Quelle: Pixabay.

Quecksilber sieht aus wie ein leicht gelblich-weißer Lichtpunkt, der im Gegensatz zu Sternen nicht flackert. Am besten haben Sie ein Fernglas oder ein Teleskop, mit dem Sie die Phasen sehen können.

Quecksilber bleibt manchmal länger am Horizont sichtbar, je nachdem, wo es sich in seiner Umlaufbahn befindet. Und obwohl es in der vollen Phase heller ist, sieht es paradoxerweise beim Wachsen oder Abnehmen besser aus. Um die Phasen von Merkur zu kennen, ist es ratsam, Websites zu besuchen, die auf Astronomie spezialisiert sind.

In jedem Fall sind die besten Möglichkeiten, wenn die maximale Ausdehnung erreicht ist: so weit wie möglich von der Sonne entfernt, sodass der dunkelste Himmel die Beobachtung erleichtert.

Ein weiterer guter Zeitpunkt, um diesen und die anderen Planeten zu beobachten, ist während einer totalen Sonnenfinsternis aus demselben Grund: Der Himmel ist dunkler.

Drehbewegung

Im Gegensatz zu seiner schnellen Umlaufbahn dreht sich Merkur langsam: Es dauert fast 59 Erdentage, um eine Umdrehung um seine Achse zu machen, die als Sternentag bekannt ist. Daher dauert ein Sternentag auf Merkur fast so lange wie das Jahr: tatsächlich vergehen alle 2 "Jahre" 3 "Tage".

Die Gezeitenkräfte, die zwischen zwei Körpern unter Anziehungskraft entstehen, sind dafür verantwortlich, die Rotationsgeschwindigkeit eines von beiden oder beider zu verlangsamen. In diesem Fall soll eine Gezeitenkopplung bestehen.

Die Gezeitenkopplung ist zwischen Planeten und ihren Satelliten sehr häufig, obwohl sie zwischen anderen Himmelskörpern auftreten kann.

Abbildung 4. Gezeitenkopplung zwischen Erde und Mond. Der Fall von Merkur und Sonne ist komplexer. Quelle: Wikimedia Commons. Stigmatella aurantiaca

Ein Sonderfall der Kopplung tritt auf, wenn die Rotationsperiode eines von ihnen gleich der Translationsperiode ist, wie beim Mond. Es zeigt uns immer das gleiche Gesicht, daher ist es in synchroner Rotation.

Bei Merkur und Sonne geschieht dies jedoch nicht genau so, da die Rotations- und Translationsperioden des Planeten nicht gleich sind, sondern im Verhältnis 3: 2. Dieses Phänomen ist als Spin-Orbit-Resonanz bekannt und auch im Sonnensystem verbreitet.

Dank dessen können auf Merkur merkwürdige Dinge passieren, mal sehen:

Tag und Nacht auf Merkur

Wenn ein Sonnentag die Zeit ist, die die Sonne benötigt, um an einem Punkt zu erscheinen und dann an derselben Stelle wieder aufzutauchen, dann geht die Sonne auf Merkur zweimal am selben Tag (Sonne) auf, was dort 176 Erdentage dauert (siehe Abbildung 5)

Es stellt sich heraus, dass es Zeiten gibt, in denen die Umlaufgeschwindigkeit und die Drehzahl gleich sind. Es scheint also, dass die Sonne am Himmel zurücktritt und zu demselben Punkt zurückkehrt, von dem sie abgereist ist, und sich dann wieder vorwärts bewegt.

Wenn der rote Balken in der Abbildung ein Berg wäre, wäre ab Position 1 oben Mittag. An den Positionen 2 und 3 beleuchtet die Sonne einen Teil des Berges, bis sie im Westen untergeht, an Position 4. Bis dahin hat sie die halbe Umlaufbahn zurückgelegt und 44 Erdentage sind vergangen.

In den Positionen 5, 6, 7, 8 und 9 ist Nacht in den Bergen. Mit der Besetzung von 5 hat es bereits eine vollständige Umdrehung um seine Achse gemacht und eine Umdrehung ¾ seiner Umlaufbahn um die Sonne gedreht. Um 7 ist es Mitternacht und 88 Erdentage sind vergangen.

Eine weitere Umlaufbahn ist erforderlich, um zum Mittag zurückzukehren und die Positionen 8 bis 12 zu durchlaufen, was weitere 88 Tage dauert, insgesamt 176 Erdentage.

Der italienische Astronom Giuseppe Colombo (1920-1984) war der erste, der die 3: 2-Resonanz der Bewegung des Merkur untersuchte und erklärte.

Abbildung 5. Tag und Nacht auf Merkur: Umlaufresonanz, nach ½ Umlaufbahn hat sich der Planet ¾ um seine Achse gedreht. Quelle: Wikimedia Commons.

Komposition

Die durchschnittliche Dichte von Quecksilber beträgt 5.430 kg / m ³ , etwas weniger als die der Erde. Dieser Wert, der dank der Mariner 10-Sonde bekannt ist, ist immer noch überraschend, wenn man bedenkt, dass Quecksilber kleiner als die Erde ist.

Abbildung 6. Quecksilber-Erde-Vergleich. Quelle: Wikimedia Commons. NASA Mercury Bild: NASA / APL (von MESSENGER)

Innerhalb der Erde ist der Druck höher, so dass die Materie zusätzlich komprimiert wird, wodurch das Volumen verringert und die Dichte erhöht wird. Wenn dieser Effekt nicht berücksichtigt wird, entpuppt sich Merkur als der Planet mit der höchsten bekannten Dichte.

Wissenschaftler glauben, dass dies auf einen hohen Gehalt an schweren Elementen zurückzuführen ist. Und Eisen ist das häufigste schwere Element im Sonnensystem.

Im Allgemeinen wird die Zusammensetzung von Quecksilber auf 70% Metallgehalt und 30% Silikate geschätzt. In seinem Umfang sind:

-Natrium

-Magnesium

-Kalium

-Kalzium

-Eisen

Und unter den Gasen sind:

-Sauerstoff

-Wasserstoff

-Helium

- Spuren anderer Gase.

Das in Merkur vorhandene Eisen befindet sich in seinem Kern in einer Menge, die weit über der auf anderen Planeten geschätzten Menge liegt. Auch der Kern von Merkur ist vergleichsweise der größte im Sonnensystem.

Eine weitere Überraschung ist das Vorhandensein von Eis an den Polen, das ebenfalls mit dunkler organischer Materie bedeckt ist. Es ist überraschend, weil die durchschnittliche Temperatur des Planeten sehr hoch ist.

Eine Erklärung ist, dass die Pole des Merkur immer in ständiger Dunkelheit sind, geschützt durch hohe Klippen, die das Eintreffen von Sonnenlicht verhindern, und auch, weil die Neigung der Rotationsachse Null ist.

In Bezug auf seine Herkunft wird spekuliert, dass das Wasser Quecksilber erreicht haben könnte, das von Kometen gebracht wurde.

Interne Struktur

Wie alle terrestrischen Planeten gibt es auf Merkur drei charakteristische Strukturen:

-Der Metallkern in der Mitte, innen fest, außen geschmolzen

-Eine Zwischenschicht namens Mantel

-Die äußere Schicht oder Kruste.

Es ist dieselbe Struktur wie die Erde, mit dem Unterschied, dass der Kern von Merkur proportional viel größer ist: Ungefähr 42% des Planetenvolumens sind von dieser Struktur besetzt. Auf der Erde hingegen nimmt der Kern nur 16% ein.

Abbildung 7. Die innere Struktur von Merkur ähnelt der der Erde. Quelle: NASA.

Wie ist es möglich, diese Schlussfolgerung von der Erde aus zu ziehen?

Es war durch Funkbeobachtungen mit der MESSENGER-Sonde, die Gravitationsanomalien auf Quecksilber entdeckte. Da die Schwerkraft von der Masse abhängt, liefern die Anomalien Hinweise auf die Dichte.

Die Schwerkraft von Quecksilber veränderte auch die Umlaufbahn der Sonde deutlich. Hinzu kam, dass Radardaten die Präzessionsbewegungen des Planeten enthüllten: Die Rotationsachse des Planeten hat ihren eigenen Spin, ein weiterer Hinweis auf das Vorhandensein eines Gusseisenkerns.

Zusammenfassend:

-Gravitationsanomalie

-Präzessionsbewegung

-Alterationen in der Umlaufbahn des MESSENGER.

Dieser Datensatz und alles, was die Sonde sammeln konnte, stimmen mit dem Vorhandensein eines Metallkerns überein, der innen groß und fest ist und außen aus Gusseisen.

Der Kern von Merkur

Es gibt verschiedene Theorien, um dieses merkwürdige Phänomen zu erklären. Einer von ihnen behauptet, dass Merkur in seiner Jugend einen kolossalen Aufprall erlitten habe, der die Kruste und einen Teil des Mantels des neu gebildeten Planeten zerstört habe.

Abbildung 8. Vergleichsschnitt von Erde und Merkur, der die relative Größe der Schichten zeigt. Quelle: NASA.

Das Material, leichter als der Kern, wurde in den Weltraum geworfen. Später zog die Anziehungskraft des Planeten einen Teil der Trümmer zurück und schuf einen neuen Mantel und eine dünne Kruste.

Wenn ein riesiger Asteroid die Ursache des Aufpralls wäre, könnte sich sein Material mit dem des ursprünglichen Kerns von Quecksilber verbinden und ihm den hohen Eisengehalt verleihen, den er heute hat.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass Sauerstoff seit seiner Gründung auf dem Planeten knapp ist und auf diese Weise Eisen als metallisches Eisen konserviert wird, anstatt Oxide zu bilden. In diesem Fall war die Verdickung des Kerns ein schrittweiser Prozess.

Geologie

Quecksilber ist felsig und wüstenartig, mit weiten Ebenen, die von Einschlagkratern bedeckt sind. Im Allgemeinen ist seine Oberfläche der des Mondes ziemlich ähnlich.

Die Anzahl der Stöße ist ein Hinweis auf das Alter. Je mehr Krater vorhanden sind, desto älter ist die Oberfläche.

Abbildung 9. Dominici-Krater (oben am hellsten) und Homer-Krater links. Quelle: NASA.

Die meisten dieser Krater stammen aus der Zeit des späten schweren Bombardements, als Asteroiden und Kometen häufig Planeten und Monde im Sonnensystem trafen. Daher war der Planet lange Zeit geologisch inaktiv.

Der größte der Krater ist das Caloris-Becken mit einem Durchmesser von 1.550 km. Diese Vertiefung ist von einer 2 bis 3 km hohen Mauer umgeben, die durch den kolossalen Aufprall auf das Becken entstanden ist.

An den Antipoden des Caloris-Beckens, dh auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten, ist die Oberfläche aufgrund der Stoßwellen, die während des Aufpralls im Inneren des Planeten erzeugt werden, gerissen.

Die Bilder zeigen, dass die Bereiche zwischen den Kratern flach oder leicht gewellt sind. Irgendwann während seiner Existenz hatte Quecksilber vulkanische Aktivität, weil diese Ebenen wahrscheinlich durch Lavaströme entstanden waren.

Ein weiteres charakteristisches Merkmal der Oberfläche von Merkur sind zahlreiche lange, steile Klippen, sogenannte Steilwände. Diese Klippen müssen sich während des Abkühlens des Mantels gebildet haben, was beim Schrumpfen zu zahlreichen Rissen in der Kruste führte.

Quecksilber schrumpft

Der kleinste der Planeten im Sonnensystem verliert an Größe und Wissenschaftler glauben, dass dies daran liegt, dass er im Gegensatz zur Erde keine Plattentektonik besitzt.

Tektonische Platten sind große Abschnitte aus Kruste und Mantel, die über der Asthenosphäre schweben, einer flüssigeren Schicht, die zum Mantel gehört. Eine solche Mobilität gibt der Erde eine Flexibilität, die Planeten ohne Tektonismus nicht haben.

In seinen Anfängen war Merkur viel heißer als jetzt, aber wenn es abkühlt, zieht es sich allmählich zusammen. Sobald die Abkühlung, insbesondere die des Kerns, aufhört, schrumpft der Planet nicht mehr.

Auffällig auf diesem Planeten ist jedoch, wie schnell es geschieht, wofür es noch keine einheitliche Erklärung gibt.

Missionen an Merkur

Es war bis in die 70er Jahre der am wenigsten erforschte der inneren Planeten, aber seitdem haben mehrere unbemannte Missionen stattgefunden, dank derer viel mehr über diesen überraschenden kleinen Planeten bekannt ist:

Mariner 10

Abbildung 10. Mariner 10. Quelle: Wikimedia Commons. TOPF

Die letzte Mariner-Sonde der NASA flog von 1973 bis 1975 dreimal über Merkur. Es gelang ihr, knapp die Hälfte der Oberfläche zu kartieren, nur auf der von der Sonne beleuchteten Seite.

Mariner 10 ist mit seinem verbrauchten Treibstoff auf dem Vormarsch, hat aber wertvolle Informationen über Venus und Merkur geliefert: Bilder, Daten über das Magnetfeld, Spektroskopie und mehr.

MESSENGER (MErcury, Surface, Space ENvironment, GEochemistry

Diese Sonde wurde 2004 gestartet und gelang es 2011, als erste in die Umlaufbahn von Merkur einzudringen, da Mariner 10 nur über den Planeten fliegen konnte.

Zu seinen Beiträgen gehören:

- Hochwertige Bilder der Oberfläche, einschließlich der nicht beleuchteten Seite, die der Seite ähnlich war, die dank des Mariner 10 bereits bekannt war.

-Geochemische Messungen mit verschiedenen spektrometrischen Techniken: Neutronen, Gammastrahlen und Röntgenstrahlen.

-Magnetometrie.

-Spektrometrie mit ultraviolettem, sichtbarem und infrarotem Licht zur Charakterisierung der Atmosphäre und zur Durchführung einer mineralogischen Kartierung der Oberfläche.

Die von MESSENGER gesammelten Daten zeigen, dass das aktive Magnetfeld von Merkur wie das der Erde durch einen Dynamoeffekt erzeugt wird, der durch die flüssige Region des Kerns erzeugt wird.

Es bestimmte auch die Zusammensetzung der Exosphäre, einer sehr dünnen äußeren Schicht der Mercurianischen Atmosphäre, die aufgrund der Einwirkung des Sonnenwinds eine eigenartige Schwanzform von 2 Millionen Kilometern Länge aufweist.

Die MESSENGER-Sonde beendete ihre Mission im Jahr 2015 mit einem Absturz gegen die Oberfläche des Planeten.

BepiColombo

Abbildung 11. Der italienische Astronom Giuseppe (Bepi) Colombo. Quelle: Wikimedia Commons.

Diese Sonde wurde 2018 von der Europäischen Weltraumorganisation und der Japan Aerospace Exploration Agency gestartet. Es wurde zu Ehren von Giuseppe Colombo benannt, dem italienischen Astronomen, der die Umlaufbahn des Merkur studierte.

Es besteht aus zwei Satelliten: MPO: Mercury Planetary Orbiter und MIO: Mercury Magnetospheric Orbiter. Es wird erwartet, dass es 2025 die Nähe von Merkur erreicht, und sein Ziel ist es, die Hauptmerkmale des Planeten zu untersuchen.

Einige Ziele sind, dass BepiColombo neue Informationen über das bemerkenswerte Magnetfeld von Merkur, den Massenschwerpunkt des Planeten, den relativistischen Einfluss der Sonnengravitation auf den Planeten und die eigentümliche Struktur seines Inneren liefert.

Verweise

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