Mysterieuze ijzeren kogel

NRC Handelsblad, 19 maart 2011

Als er op het laatste moment geen kink in de kabel is gekomen, cirkelt de bijna zeven jaar geleden gelanceerde NASA-ruimtesonde Messenger sinds gisternacht om Mercurius. Het is niet zijn eerste kennismaking met deze planeet: om met zo min mogelijk brandstof toe te kunnen, heeft hij een flinke omweg moeten maken die hem in 2008 en 2009 al drie keer dicht in de buurt van zijn eindbestemming bracht. Hoewel daarbij al heel wat nieuwe gegevens zijn verzameld, valt er voor Messenger nog veel te ontdekken aan die raadselachtige wereld.

Ondanks zijn betrekkelijke nabijheid is Mercurius een van de minst onderzochte planeten van ons zonnestelsel. Hij cirkelt op een gemiddelde afstand van 58 miljoen kilometer om de zon – bijna drie keer zo dichtbij de zon als de aarde. Hierdoor bevindt de planeet zich van ons uit gezien altijd in de buurt van de zon, wat het lastig maakt om hem met telescopen te bekijken. De Hubble-ruimtetelescoop is zelfs nooit op Mercurius gericht, omdat dit te riskant is voor zijn gevoelige beelddetectors.

Tot medio jaren zeventig was er over Mercurius weinig meer bekend dan dat hij heel traag – in ruim 58 dagen – om zijn as wentelt en dat de temperatuur aan zijn dagzijde tot meer dan 400 graden Celsius kan oplopen. Tegelijkertijd koelt het aan de nachtkant van de planeet plaatselijk af tot bijna 200 graden onder nul.
In dat chronische gebrek aan informatie kwam verandering toen Mercurius in de periode 1974-1975 driemaal werd genaderd door de ruimtesonde Mariner 10. Daarbij werd iets minder dan de helft van het Mercurius-oppervlak in beeld gebracht en zijn allerlei metingen gedaan. De foto's lieten een hemellichaam zien dat sterke overeenkomsten vertoont met onze maan: een eentonig grijs landschap, bezaaid met kraters.

Uit de meetgegevens van de Marinersonde bleek dat Mercurius niet zo saai is als hij op het eerste gezicht lijkt. Zijn massa en dichtheid zijn verbluffend groot voor een planeet van deze bescheiden omvang. Dat betekent dat zijn inwendige rijk moet zijn aan zware elementen. Naar schatting bestaat hij voor ongeveer tweederde uit ijzer, dat grotendeels in zijn kern is opgeslagen. Eigenlijk is Mercurius een 3.600 kilometer grote ijzeren kogel met een 600 kilometer dikke mantel van gesteente.

Binnen het bestaande model voor het ontstaan van ons planetenstelsel laat het grote ijzergehalte van Mercurius zich maar moeilijk begrijpen. Volgens dat model zijn de planeten het resultaat van een samenklonteringsproces in de brede gordel van restmaterie rond de pas gevormde zon. Theoretisch zou Mercurius qua samenstelling dus niet zo sterk mogen afwijken van de overige planeten in het binnengebied van het zonnestelsel – Venus, de aarde en Mars. Dat Mercurius relatief weinig gesteenten bevat, is een van de redenen waarom wetenschappers zo geïnteresseerd zijn geraakt in deze planeet. Het zou er bijvoorbeeld op kunnen wijzen dat Mercurius vroeg in zijn geschiedenis bij een kolossale botsing betrokken is geweest, waardoor een groot gedeelte van zijn mantel de ruimte in werd geblazen.

Net als de aarde heeft Mercurius een stabiel en symmetrisch magnetisch veld. Bij zoveel ijzer lijkt dat weinig verrassend; toch is het dat wel. Het aardmagnetische veld is te danken aan de combinatie van een buitenkern van vloeibaar metaal en een snelle aswenteling. Dit geeft stromingen die in een dynamo-effect resulteren. De verwachting was dat Mercurius, vanwege zijn geringe afmetingen, inmiddels wel door en door gestold zou zijn. Maar zijn magnetische veld vormt een sterke aanwijzing dat hij van binnen deels vloeibaar is gebleven.

Een mogelijke verklaring daarvoor zou kunnen zijn dat het ijzer in Mercurius een paar procent zwavel bevat, waardoor het ook bij lagere temperaturen vloeibaar blijft. Dat verplaatst het probleem echter alleen maar: een planeet die zo dicht bij de hete zon is ontstaan, zou theoretisch juist heel weinig van dit lichte en vluchtige element moeten bevatten.

Er valt dus nog genoeg te ontdekken aan Mercurius. Tijdens zijn drie scheervluchten langs de planeet heeft Messenger daar alvast enkele voorproefjes op genomen. Zo is vastgesteld dat de extreem ijle atmosfeer van Mercurius, waarvan het bestaan door de Mariner 10 is ontdekt, naast natrium, magnesium, silicium en calcium ook relatief veel water bevat.

De aanwezigheid van de eerste vier elementen wordt toegeschreven aan de inwerking van energierijke zonnedeeltjes en minuscule meteorieten op het oppervlaktegesteente. De samenstelling van de Mercuriusatmosfeer zou dus min of meer een afspiegeling zijn van de samenstelling van het planeetoppervlak. Maar dat zou betekenen dat er ergens op deze ziedend hete planeet ook water te vinden is. De meest waarschijnlijke locaties zijn de diepe, eeuwig koude kraters nabij de polen: daar kan water – mogelijk afkomstig uit het inwendige van de planeet, maar wellicht ook van ingeslagen kometen – in ijsvorm zijn opgeslagen.

Een andere verrassende ontdekking was dat Mercurius tot enkele miljarden jaren geleden vulkanisch actief was. Dat volgt onder meer uit beelden van de reusachtige inslagkrater Rachmaninoff, die een vrijwel egale bodem heeft. Het ontbreken van kleinere inslagkraters wijst erop dat hier nog in relatief recente tijden lava is uitgestroomd. Ook zijn er op Mercurius geologische structuren aangetroffen die een vulkanische
oorsprong kunnen hebben. Het onderzoek dat Messenger het komende jaar gaat doen, moet meer duidelijkheid geven over de uitzonderlijke dichtheid van Mercurius. Ook zal worden gemeten hoe groot de ijzerkern van de planeet precies is, en welk gedeelte ervan nog vloeibaar is.

Ten slotte zal worden geprobeerd eventuele ijsvoorraden en aanwijzingen voor recent vulkanisme op te sporen. Ongeacht de uitkomst daarvan is zeker dat het Mercuriusonderzoek spoedig een vervolg zal krijgen. In 2014 lanceren het Europese ruimteagentschap ESA en zijn Japanse tegenhanger JAXA een tweedelige ruimtesonde, die in 2020 bij de planeet moet aankomen.


Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de oorspronkelijke auteur.