O mais próximo da luminária e o menor planeta do sistema solar ainda é um mistério. Como a Terra e os quatro gigantes gasosos - Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, Mercúrio tem sua própria magnetosfera. Após investigações da estação MESSENGER (superfície MErcury, ambiente espacial, geoquímica), a natureza desta camada magnética começou a ficar clara. Os principais resultados da missão já constam de monografias e livros didáticos. Como um pequeno planeta conseguiu preservar a magnetosfera.
Para que um corpo celeste tenha sua própria magnetosfera, é necessária uma fonte de campo magnético. De acordo com a maioria dos cientistas, o efeito dínamo é desencadeado aqui. No caso da Terra, é assim. Nas entranhas do planeta existe um núcleo de metal com um centro sólido e uma concha líquida. Devido ao decaimento dos elementos radioativos, o calor é liberado, levando à formação de fluxos convectivos de um fluido condutor. Essas correntes geram o campo magnético do planeta.
O campo interage com o vento solar - correntes de partículas carregadas da estrela. Este plasma cósmico carrega consigo seu próprio campo magnético. Se o campo magnético do planeta resiste à pressão da radiação solar, ou seja, o desvia a uma distância considerável da superfície, então eles dizem que o planeta tem sua própria magnetosfera. Além de Mercúrio, da Terra e dos quatro gigantes gasosos, Ganimedes, o maior satélite de Júpiter, também possui uma magnetosfera.
No resto dos planetas e luas do sistema solar, o vento estelar encontra praticamente nenhuma resistência. Isso acontece, por exemplo, em Vênus e, muito provavelmente, em Marte. A natureza do campo magnético da Terra ainda é considerada o principal mistério da geofísica. Albert Einstein considerou uma das cinco tarefas mais importantes da ciência.
Isso se deve ao fato de que embora a teoria geodinâmica seja praticamente incontestada, ela causa grandes dificuldades. De acordo com a magnetohidrodinâmica clássica, o efeito dínamo deve se deteriorar e o núcleo do planeta deve se resfriar e endurecer. Ainda não há uma compreensão precisa dos mecanismos pelos quais a Terra mantém o efeito de autogeração do dínamo junto com as características observadas do campo magnético, principalmente anomalias geomagnéticas, migração e reversão de pólos.
A dificuldade de uma descrição quantitativa é provavelmente devido à natureza essencialmente não linear do problema. No caso de Mercúrio, o problema do dínamo é ainda mais agudo do que na Terra. Como um planeta tão pequeno manteve sua própria magnetosfera? Isso significa que seu núcleo ainda está no estado líquido e gera calor suficiente? Ou existem alguns mecanismos especiais que permitem ao corpo celeste se proteger do vento solar?
Mercúrio é cerca de 20 vezes mais leve e menor que a Terra. A densidade média é comparável à da Terra. O ano dura 88 dias, mas o corpo celeste não está em captura de marés com o Sol, mas gira em torno de seu próprio eixo com um período de cerca de 59 dias. Mercúrio se distingue de outros planetas do sistema solar por um núcleo de metal relativamente grande - é responsável por cerca de 80 por cento do raio de um corpo celeste. Para efeito de comparação, o núcleo da Terra ocupa apenas cerca de metade do seu raio.
O campo magnético de Mercúrio foi descoberto em 1974 pela estação americana Mariner 10, que registrou explosões de partículas de alta energia. O campo magnético do corpo celeste mais próximo do Sol é cerca de cem vezes mais fraco que o terrestre, caberia completamente em uma esfera do tamanho da Terra e, como nosso planeta, é formado por um dipolo, ou seja, tem dois, e não quatro, como gigantes gasosos, pólos magnéticos.
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Foto: Laboratório de Física Aplicada da Johns Hopkins University / Carnegie Institution of Washington / NASA
As primeiras teorias para explicar a natureza da magnetosfera de Mercúrio foram propostas na década de 1970. A maioria deles é baseada no efeito dínamo. Esses modelos foram verificados de 2011 a 2015, quando a estação MESSENGER estudou o planeta. Os dados obtidos com o dispositivo revelaram a geometria incomum da magnetosfera de Mercúrio. Em particular, nas proximidades do planeta, a reconexão magnética - o rearranjo mútuo das linhas de força intrínsecas e externas do campo magnético - ocorre cerca de dez vezes mais frequentemente.
Isso leva à formação de muitos vazios na magnetosfera de Mercúrio, permitindo que o vento solar alcance a superfície do planeta quase sem obstáculos. Além disso, MESSENGER descobriu remanência na crosta de um corpo celeste. Usando esses dados, os cientistas estimaram o limite inferior para a idade média do campo magnético de Mercúrio em 3,7-3,9 bilhões de anos. Isso, como observaram os cientistas, confirma a validade do efeito dínamo para a formação do campo magnético global do planeta, bem como a presença de um núcleo externo líquido nele.
Enquanto isso, a questão da estrutura de Mercúrio permanece em aberto. É possível que a camada externa de seu núcleo contenha flocos de metal - neve de ferro. Essa hipótese é muito popular porque, explicando a própria magnetosfera de Mercúrio pelo mesmo efeito dínamo, ela permite baixas temperaturas e um núcleo quase sólido (ou quase líquido) no interior do planeta.
Foto: Carnegie Institution of Washington / JHUAPL / NASA
Sabe-se que os núcleos dos planetas terrestres são formados principalmente por ferro e enxofre. As inclusões de enxofre também são conhecidas por diminuir o ponto de fusão da matéria central, deixando-a líquida. Isso significa que menos calor é necessário para manter o efeito dínamo, que Mercúrio já produz muito pouco. Quase dez anos atrás, geofísicos, conduzindo uma série de experimentos, demonstraram que sob condições de alta pressão, a neve de ferro pode cair em direção ao centro do planeta, e uma mistura líquida de ferro e enxofre pode subir em direção a ela do núcleo interno. Isso pode criar um efeito dínamo nas entranhas de Mercúrio.
Os dados do MESSENGER confirmaram esses achados. O espectrômetro instalado na estação mostrou um teor baixíssimo de ferro e outros elementos pesados nas rochas vulcânicas do planeta. Quase não há ferro na fina camada do manto de Mercúrio e é formado principalmente por silicatos. O centro sólido é responsável por cerca de metade (cerca de 900 quilômetros) do raio do núcleo, o resto é ocupado pela camada fundida. Entre eles, provavelmente, há uma camada na qual flocos de metal se movem de cima para baixo. A densidade do núcleo é cerca de duas vezes a do manto e é estimada em sete toneladas por metro cúbico. O enxofre, acreditam os cientistas, é responsável por cerca de 4,5% da massa do núcleo.
MESSENGER descobriu numerosas dobras, curvas e falhas na superfície de Mercúrio, o que torna possível tirar uma conclusão inequívoca sobre a atividade tectônica do planeta no passado recente. A estrutura da crosta externa e a tectônica, segundo os cientistas, estão associadas aos processos que ocorrem nas entranhas do planeta. MESSENGER mostrou que o campo magnético do planeta é mais forte no hemisfério norte do que no sul. A julgar pelo mapa gravimétrico compilado pelo aparelho, a espessura da crosta perto do equador é em média 50 quilômetros maior do que no pólo. Isso significa que o manto de silicato nas latitudes setentrionais do planeta é aquecido com mais intensidade do que em sua parte equatorial. Esses dados estão em excelente acordo com a descoberta de armadilhas relativamente novas nas latitudes do norte. Embora a atividade vulcânica em Mercúrio tenha cessado cerca de 3,5 bilhões de anos atrás, o quadro atual da difusão térmica no manto do planeta é amplamenteprovavelmente determinado por seu passado.
Em particular, fluxos convectivos ainda podem existir nas camadas adjacentes ao núcleo do planeta. Então, a temperatura do manto sob o pólo norte do planeta será 100-200 graus Celsius mais alta do que sob as regiões equatoriais do planeta. Além disso, MESSENGER descobriu que o campo magnético residual de uma das seções da crosta setentrional é direcionado na direção oposta em relação ao campo magnético global do planeta. Isso significa que, no passado, uma inversão ocorreu em Mercúrio pelo menos uma vez - uma mudança na polaridade do campo magnético.
Apenas duas estações exploraram Mercúrio em detalhes - Mariner 10 e MESSENGER. E este planeta, principalmente por causa de seu próprio campo magnético, é de grande interesse para a ciência. Ao explicar a natureza de sua magnetosfera, quase certamente podemos fazer isso para a Terra. Em 2018, o Japão e a UE planejam enviar uma terceira missão a Mercúrio. Duas estações voarão. Primeiro, o MPO (Mercury Planet Orbiter) irá compilar um mapa de vários comprimentos de onda da superfície de um corpo celeste. O segundo, um MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), explorará a magnetosfera. A espera pelos primeiros resultados da missão demorará muito - mesmo que a largada seja em 2018, o destino da estação será alcançado apenas em 2025.
Yuri Sukhov
