Lo más cercano a la luminaria y el planeta más pequeño del sistema solar sigue siendo un misterio. Al igual que la Tierra y los cuatro gigantes gaseosos: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, Mercurio tiene su propia magnetosfera. Después de las investigaciones de la estación MESSENGER (MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry), la naturaleza de esta capa magnética comenzó a aclararse. Los principales resultados de la misión ya están incluidos en monografías y libros de texto. Cómo un pequeño planeta logró preservar la magnetosfera.
Para que un cuerpo celeste tenga su propia magnetosfera, se necesita una fuente de campo magnético. Según la mayoría de los científicos, el efecto dínamo se activa aquí. En el caso de la Tierra, se ve así. En las entrañas del planeta hay un núcleo de metal con un centro sólido y una capa líquida. Debido a la desintegración de los elementos radiactivos, se libera calor, lo que conduce a la formación de flujos convectivos de un fluido conductor. Estas corrientes generan el campo magnético del planeta.
El campo interactúa con el viento solar: corrientes de partículas cargadas de la estrella. Este plasma cósmico lleva consigo su propio campo magnético. Si el campo magnético del planeta resiste la presión de la radiación solar, es decir, la desvía a una distancia considerable de la superficie, entonces dicen que el planeta tiene su propia magnetosfera. Además de Mercurio, la Tierra y los cuatro gigantes gaseosos, Ganímedes, el satélite más grande de Júpiter, también tiene una magnetosfera.
En el resto de planetas y lunas del sistema solar, el viento estelar prácticamente no encuentra resistencia. Esto sucede, por ejemplo, en Venus y, muy probablemente, en Marte. La naturaleza del campo magnético de la Tierra todavía se considera el principal misterio de la geofísica. Albert Einstein lo consideró una de las cinco tareas más importantes de la ciencia.
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Esto se debe al hecho de que, aunque la teoría de la geodinamo es prácticamente indiscutible, causa grandes dificultades. Según la magnetohidrodinámica clásica, el efecto dínamo debería decaer y el núcleo del planeta debería enfriarse y endurecerse. Aún no se conocen con precisión los mecanismos por los cuales la Tierra mantiene el efecto de autogeneración de dínamo junto con las características observadas del campo magnético, principalmente anomalías geomagnéticas, migración e inversión de polos.
Lo más probable es que la dificultad de una descripción cuantitativa se deba a la naturaleza esencialmente no lineal del problema. En el caso de Mercurio, el problema de la dínamo es aún más agudo que en la Tierra. ¿Cómo pudo un planeta tan pequeño mantener su propia magnetosfera? ¿Significa esto que su núcleo todavía está en estado líquido y genera suficiente calor? ¿O existen algunos mecanismos especiales que permiten al cuerpo celeste protegerse del viento solar?
Mercurio es unas 20 veces más ligero y pequeño que la Tierra. La densidad media es comparable a la de la tierra. El año dura 88 días, pero el cuerpo celeste no está en captura de marea con el Sol, sino que gira alrededor de su propio eje con un período de aproximadamente 59 días. Mercurio se distingue de otros planetas del sistema solar por un núcleo de metal relativamente grande: representa aproximadamente el 80 por ciento del radio de un cuerpo celeste. En comparación, el núcleo de la Tierra solo ocupa aproximadamente la mitad de su radio.
El campo magnético de Mercurio fue descubierto en 1974 por la estación estadounidense Mariner 10, que registró explosiones de partículas de alta energía. El campo magnético del cuerpo celeste más cercano al Sol es unas cien veces más débil que el terrestre, encajaría por completo en una esfera del tamaño de la Tierra y, como nuestro planeta, está formado por un dipolo, es decir, tiene dos, y no cuatro, como los gigantes gaseosos, polos magnéticos.
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Foto: Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Institución Carnegie de Washington / NASA
Las primeras teorías para explicar la naturaleza de la magnetosfera de Mercurio se propusieron en la década de 1970. La mayoría de ellos se basan en el efecto dínamo. Estos modelos fueron verificados de 2011 a 2015, cuando la estación MESSENGER estudió el planeta. Los datos obtenidos del dispositivo revelaron la geometría inusual de la magnetosfera de Mercurio. En particular, en las proximidades del planeta, la reconexión magnética, la reordenación mutua de las líneas de fuerza intrínseca y externa del campo magnético, ocurre unas diez veces más a menudo.
Esto conduce a la formación de muchos vacíos en la magnetosfera de Mercurio, permitiendo que el viento solar alcance la superficie del planeta casi sin obstáculos. Además, MESSENGER descubrió la remanencia en la corteza de un cuerpo celeste. Utilizando estos datos, los científicos han estimado el límite inferior para la edad promedio del campo magnético de Mercurio en 3.7-3.9 mil millones de años. Esto, como señalaron los científicos, confirma la validez del efecto dínamo para la formación del campo magnético global del planeta, así como la presencia de un núcleo externo líquido en él.
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Mientras tanto, la cuestión de la estructura de Mercurio permanece abierta. Es posible que la capa exterior de su núcleo contenga copos de metal: nieve de hierro. Esta hipótesis es muy popular, porque, al explicar la propia magnetosfera de Mercurio por el mismo efecto dínamo, permite bajas temperaturas y un núcleo cuasi-sólido (o cuasi-líquido) dentro del planeta.
Foto: Institución Carnegie de Washington / JHUAPL / NASA
Se sabe que los núcleos de los planetas terrestres están formados principalmente por hierro y azufre. También se sabe que las inclusiones de azufre reducen el punto de fusión de la materia del núcleo, dejándola líquida. Esto significa que se requiere menos calor para mantener el efecto dínamo, que Mercurio ya produce muy poco. Hace casi diez años, los geofísicos, realizando una serie de experimentos, demostraron que en condiciones de alta presión, la nieve de hierro puede caer hacia el centro del planeta, y una mezcla líquida de hierro y azufre puede elevarse hacia él desde el núcleo interno. Esto puede crear un efecto dínamo en las entrañas de Mercurio.
Los datos de MESSENGER confirmaron estos hallazgos. El espectrómetro instalado en la estación mostró un contenido extremadamente bajo de hierro y otros elementos pesados en las rocas volcánicas del planeta. Casi no hay hierro en la fina capa del manto de Mercurio, y está formado principalmente por silicatos. El centro sólido representa aproximadamente la mitad (unos 900 kilómetros) del radio del núcleo, el resto está ocupado por la capa fundida. Entre ellos, lo más probable es que haya una capa en la que las escamas de metal se mueven de arriba hacia abajo. La densidad del núcleo es aproximadamente el doble que la del manto y se estima en siete toneladas por metro cúbico. Los científicos creen que el azufre representa aproximadamente el 4,5 por ciento de la masa del núcleo.
MESSENGER descubrió numerosos pliegues, dobleces y fallas en la superficie de Mercurio, lo que permite sacar una conclusión inequívoca sobre la actividad tectónica del planeta en el pasado reciente. La estructura de la corteza exterior y la tectónica, según los científicos, están asociadas con los procesos que tienen lugar en las entrañas del planeta. MESSENGER mostró que el campo magnético del planeta es más fuerte en el hemisferio norte que en el sur. A juzgar por el mapa de gravedad compilado por el aparato, el grosor de la corteza cerca del ecuador es en promedio 50 kilómetros más alto que en el polo. Esto significa que el manto de silicato en las latitudes septentrionales del planeta se calienta con más fuerza que en su parte ecuatorial. Estos datos concuerdan perfectamente con el descubrimiento de trampas relativamente jóvenes en latitudes septentrionales. Aunque la actividad volcánica en Mercurio cesó hace unos 3.500 millones de años, la imagen actual de la difusión térmica en el manto del planeta es en gran partemuy probablemente determinada por su pasado.
En particular, todavía pueden existir flujos convectivos en las capas adyacentes al núcleo del planeta. Entonces, la temperatura del manto debajo del polo norte del planeta será 100-200 grados Celsius más alta que debajo de las regiones ecuatoriales del planeta. Además, MESSENGER descubrió que el campo magnético residual de una de las secciones de la corteza norte se dirige en la dirección opuesta en relación con el campo magnético global del planeta. Esto significa que en el pasado, se produjo una inversión en Mercurio al menos una vez: un cambio en la polaridad del campo magnético.
Solo dos estaciones han explorado Mercurio en detalle: Mariner 10 y MESSENGER. Y este planeta, principalmente debido a su propio campo magnético, es de gran interés para la ciencia. Al explicar la naturaleza de su magnetosfera, es casi seguro que podemos hacer esto por la Tierra. En 2018, Japón y la UE planean enviar una tercera misión a Mercury. Volarán dos estaciones. Primero, MPO (Mercury Planet Orbiter) compilará un mapa de múltiples longitudes de onda de la superficie de un cuerpo celeste. El segundo, un MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), explorará la magnetosfera. Llevará mucho tiempo esperar los primeros resultados de la misión; incluso si el inicio tiene lugar en 2018, el destino de la estación solo se alcanzará en 2025.
Yuri Sukhov
