Merkúríus

Merkúríus eða Merkúr (e. Mercury) er innsta og minnsta reikistjarna sólkerfisins, minni en tunglin Ganýmedes við Júpíter og Títan við Satúrnus. Merkúríus er bergreikistjarna með fast yfirborð sem er mjög gígótt og gamalt og minnir einna helst á yfirborð tunglsins.

Merkúríus er næst heitasta reikistjarna sólkerfisins, þrátt fyrir að vera næst sólu. Á daginn slagar hitinn í yfir 400 gráður þar sem heitast er, en fellur á næturnar niður í nærri 200 stiga frost.

Goðsagnir

Merkúríus hefur þekkst frá alda öðli. Merkúríus er enda gjarnan með skærustu fyrirbærum himinsins. Í Babýlóníu var reikistjarnan kölluð Nabu eftir sendiboða guðanna í goðafræði þeirra.

Merkúríus var guð verslunar, ferðalaga og þjófnaða hjá Rómverjum. Hann var sonur Júpíters og Maju sem var ein sjö dætra Atlasar. Grísk hliðstæða hans var Hermes, sendiboði guðanna. Grikkir gáfu Merkúríusi reyndar tvö heiti: morgunstjarnan Apollo og kvöldstjarnan Hermes. Grískir stjörnufræðingar lærðu þó snemma að um sama fyrirbæri væri að ræða. Gríski heimspekingurinn Herakleitos frá Efesos (um 535-470 f.Kr.) taldi að Merkúríus og Venus væru á braut um sólina en ekki jörðina.

Reikistjarnan reikar hratt yfir himinninn og líklega er nafn reikistjörnur dregið af því. Færsla Merkúríusar á himninum gegndi mikilvægu hlutverki í trúarbrögðum Maya, Egifta, Grikkja og Rómverja. Í norrænni goðafræði er Óðinn hliðstæða Merkúríusar.

Tákn Merkúríusar er stjörnuspekilegt að uppruna og táknar vængjahjálm og vönd guðsins.

Merkúr eða Merkúríus?

Hvort á að nota nafnið Merkúr eða Merkúríus? Merkúríus er réttara heiti, hið upprunalega latneska nafn á reikistjörnunni og guðinum.

Merkúr er stytting að erlendri fyrirmynd (Danir og Þjóðverjar segja Merkur. Frakkar Mercure). Jónas Hallgrímsson notar orðmyndina Merkúríus í þýðingu sinni á stjörnufræði Ursins (1842).

Í almanakinu stóð upphaflega Merkúr, vafalaust fyrir áhrif frá danska almanakinu en það var lagfært á upp úr 1860.

Braut og snúningur

Sporbraut Merkúríusar er mjög sporöskjulaga eða miðskökk (e 0,21). Þegar reikistjarnan er næst sólu er fjarlægðin aðeins 46 milljón km en verður 70 milljón km í sólfirð. Umferðartími Merkúríusar er svo aðeins 88 dagar.

Lengi var talið að Merkúríus sneri alltaf sömu hliðinni að sólu. Þá er sagt að möndulsnúningur reikistjörnu eða tungls sé bundinn. Það þýðir að snúningstími hnattarins er jafn umferðartímanum, þ.e. einn dagur er jafn langur og árið.

Árið 1965 sýndu ratsjárathuganir að snúningstími Merkúríusar er tæplega 59 jarðardagar eða nærri 2/3 af umferðartímanum en eitt Merkúríusarár er 88 jarðardagar. Merkúríus er því bundinn í 3:2 brautarherma, þ.e. reikistjarnan snýst þrisvar um snúningsás sinn á sama tíma og hún ferðast tvisvar í kringum sólu.

Þessi bundna snúningshreyfing kemur til vegna flóðkrafta við sól. Þegar færsla Merkúríusar er skoðuð kemur undarleg staðreynd í ljós: einn sólarhringur á Merkúríus (sá tími frá morgni til morguns) er nákvæmlega 176 jarðdagar eða tvö Merkúríusarár. Geimfari á yfirborði Merkúríusar myndi þá upplifa ár sem er styttra en dagurinn. Langur dagur hefur svo aftur áhrif á hitun yfirborðsins sem getur orðið yfir 400°C heitt.

Þessi mikla miðskekkja og langur dagur veldur miklum hitasveiflum á dag- og næturhliðum Merkúríusar, þeim mestu sem þekkjast í sólkerfinu. Við miðbaug á daghliðinni er steikjandi hiti, allt að 430°C sem nægði til að bræða blý og sink, en á næturhliðinni er nístingskuldi sem fer alveg niður í -170°C. Merkúríus er því lítill, steiktur og frostþurrkaður.

Sporbraut Merkúríusar hallar um sjö gráður miðað við sólbauginn. Merkúríus getur því gengið fyrir sólina frá jörðu séð en eingöngu þegar reikistjarnan liggur beint á milli jarðar og sólar. Slíkt gerist um þrettán til fjórtán sinnum á öld. Þvergöngur Merkúríusar eru því algengari en þvergöngur Venusar. Síðasta þverganga átti sér stað þann 11. nóvember 2019 en næst 13. nóvember 2032.

Þverganga Merkúríusar 9. maí 2016 séð úr stjörnuskoðunarhúsinu á Hótel Rangá. Merkúríus er agnarsmái dökki depillinn vinstra megin á skífu sólar. Mynd: Sævar Helgi Bragason

Merkúríus og afstæðiskenningin

Eðlisfræðingar tóku snemma eftir að sporbraut Merkúríusar hegðaði sér ekki í takt við hina sígildu aflfræði Newtons. Þau sáu að sporbrautin fylgdi sporöskjulögun en ekki fullkomlega. Sá punktur á sporbrautinni þar sem Merkúríus var næst sólu (sólnándarpunkturinn) var ekki alltaf á sama stað, heldur færðist hægt og rólega í kringum sólina, eins og skopparakringla. Þessi færsla sólnándarpunktsins kallast framsókn.

Sólnándarpunktar allra reikistjarna sólkerfisins hliðrast en hægt er að útskýra hliðrun allra með eðlisfræði Newtons, nema Merkúríusar. Þegar Einstein setti fram almennu afstæðiskenninguna sína, sem gerir ráð fyrir því að þyngdarkrafturinn sé birtingarmynd þess að massi sveigi tímarúmið, var sporbraut Merkúríusar einn fyrsti prófsteinn kenningarinnar. Þegar Einstein sjálfur reiknaði út áhrif afstæðis á Merkúríus passaði niðurstaðan fullkomlega við kenninguna.

Sérkennilegur sólargangur

Hægur möndulsnúningur og miðskekkja brautar Merkúríusar veldur einkennilegum áhrifum ef geimfari væri staddur á yfirborðinu.

Á ákveðnum stöðum kemur sólin upp í austri, hreyfist hægt og rólega yfir himinninn þar til hún stöðvast, snýr við og gengur „aftur á bak“ um átta jarðdaga skeið uns hún heldur áfram ferð sinni frá austri til vesturs. Ástæðan er sú að brautarhraði Merkúríusar er breytilegur eftir fjarlægð frá sól. Þar að auki kemur hægur möndulsnúningur Merkúríusar til skjalanna. Þá nær færsla sólarinnar á himninum — vegna brautarhreyfingar umhverfis sól (frá vestri til austurs) — að yfirvinna færslu sólarinnar á himninum sem tilkomin er vegna möndulsnúnings plánetunnar (frá austri til vesturs því þær snúast rangsælis).

Annars staðar kemur sólin upp en er aðeins á lofti í um fjóra jarðdaga lágt á austurhimni, sest aftur en kemur svo upp að nýju fjórum dögum síðar og fer þá sína leið frá austri til vesturs. Í vestri sest hún svo en rís aftur í stutta stund um 4 dögum síðar, en sest svo. Stæði geimfari á yfirborðinu og horfir á sólsetur við sólnánd, myndi sólin ekki setjast. Hún myndi dýfa sér rétt niður fyrir rsjóndeildarhringinn í vestri og þá koma aftur upp, aðeins til að setjast í annað sinn, einum eða tveimur dögum síðar.

Jarðfræði

Þótt Merkúríus og tunglið séu afar lík í útliti er saga þeirra og innviðir gerólík. Þegar Mariner 10 flaug framhjá sáu vísindamenn mjög gamalt yfirborð þakið loftsteinagígum og engin merki um flekahreyfingar. Talið er að flestir gígarnir á Merkúríusi og tunglinu hafi orðið til um 700 milljón árum eftir að reikistjörnurnar mynduðust, í síðbúnu risaárekstrahrinunni.

Gígar eru ekki einu kennileitin á yfirborðinu því þar eru einnig sléttur, hamrar eða hjallar, hryggi, dali og árekstradældir. Sumir hamraveggirnir rísa allt að 3 km upp frá sléttunum í kring og eru 20 til 500 km langir. Þessir hjallar hafa sumir hverjir líklega myndast þegar plánetan kólnaði og skorpan skrapp saman, líkt og hýði uppþornaðs eplis verður hrufótt þegar það skreppur saman. Við þetta minnkaði þvermál Merkúríusar um 2-4 kílómetra og flatarmálið um 100.000 km² eða sem nemur flatarmáli Íslands.

Beagle Rupes er 600 km langur hamraveggur eða samgengi eða yfirgengi (e thrust fault) sem varð til þegar Merkúríus skrapp saman. Samgengið liggur í gegnum gíginn Sveinsdóttir sem er 220 x 120 km breiður. Mynd: NASA/JHUAPL/Carnegie Institute of Washington

Hamraveggir á mörkum brattra hæða á Merkúríusi kallast rupes, sem er latneska orðið yfir hamra. Á Merkúríusi eru þessir hamraveggir nefndir eftir skipum þekktra landkönnuða. Þannig eru hamraveggir nefndir Discovery Rupes eftir skipi James Cook skipstjóra; Santa Maria Rupes eftir skipi Kristófers Kólumbusar og Victoria Rupes eftir skipi Ferdinand Magellan. Hamraveggur sem fannst á fyrstu myndum MESSENGER geimfarsins var nefndur Beagle Rupes eftir skipinu sem Charles Darwin sigldi á til Galapagoseyja.

Slétturnar á Merkúríusi urðu til fyrir um 3,8 milljörðum ára þegar hraun rann um yfirborðið en aðrar hafa e.t.v. myndast þegar grjót dreifðist um yfirborðið við loftsteinaárekstra.

Hæðarkort af Merkúríusi sýnir að hæsti punktur er 4,48 km yfir meðalhæð yfirborðsins, skammt sunnan miðbaugs á elsta landsvæði reikistjörnunnar. Lægsti punktur er 5,38 km undir meðalhæðinni, á botni Rachmaninoff-dældarinnar.

Litrófskort MESSENGER af yfirborði Merkúríusar. Mismunandi litir sýna ólíkar steintegundir, þ.e. mismunandi efnasamsetningu yfirborðsins. Mynd: NASA/JHUAPL/Carnegie Institute of Washington

Eldvirkni

Myndir frá MESSENGER gervitunglinu sýndu ýmis merki um eldvirkni á Merkúríusi. Á þeim sjást lágar eldfjalladyngjur og ummerki gjóskuhlaupa sem hafa haft mikil áhrif á landmótun Merkúríusar.

Ólíklegt er að einhver eldvirkni sé til staðar í dag og telja vísindamenn að Merkúríus sé alveg kulnaður, líkt og tunglið.

Eldvarp (eldfjallagígur) á norðausturhluta Rachmaninoff dældarinnar. Eldvarpið er 5 km djúpt og í hlíðunum má sjá lagskiptingu. Sléttan er kring er eftir gjósku sem dreifðist um svæðið eftir öflugt sprengigos fyrir ríflega 2 mlljörðum ára. Mynd: NASA/JHUAPL/Carnegie Institute of Washington

Gígar

Merkúríus er afar gígótt reikistjarna, þökk sé skorti á andrúmslofti og hægra rofafla. Á yfirborðinu finnast bæði litlir skálarlaga gígar og stærðarinnar fjölhringjadældir. Stærsti gígurinn er Kalorisdældin

Gígar á Merkúríusi eru nefndir eftir þekktum rithöfundum og listamönnum. Á yfirborðinu eru gígar sem bera nöfn tónskálda eins og Bach, Beethovens, Mozarts, Vivaldi og Wagner og rithöfunda á borð við Shakespeare og Mark Twain.

Möndulhalli Merkúríusar er nánast enginn, innan við ein gráða, svo á pólsvæðunum eru gígar þar sem sólin skín aldrei. Ratsjárrannsóknir á norður- og suðurpólum Merkúríusar hafa leitt í ljós óvenju björt svæði, en þar telja sumir að sé að finna vatnsís í djúpum gígum þar sem aldrei nýtur sólarljóss. Á botni nokkurra þeirra, þar á meðal á botni gígsins Tryggvadóttir, fann MESSENGER gervitunglið merki um vatnsís. Þar er svo kalt að vatnsís getur verið stöðugur, annað hvort á yfirborðinu sjálfu eða í efsta yfirborðslaginu.

Efnið á gígbotnunum er sennilega blanda flókinna lífrænna efnasambanda og vatns sem barst með halastjörnum og smástirnum sem rákust á Merkúríus í fyrndinni.

Gígar á Merkúríusi eru nefndir eftir látnu listafólki. Gulu deplarnir í gígunum sýna svæði þar sem ratsjármælingar MESSENGER geimfarsins bentu til að vatnsís leyndist í eilífum skugga. Mynd: NASA/JHUAPL/Carnegie Instuttion of Washington

Gígar með íslensk nöfn

Á Merkúríusi bera fjórir gígar nöfn íslenskra listamanna, þeir eru:

• Sveinsdóttir (220 km í þvermál) eftir listakonunni Júlíönu Sveinsdóttur (1889-1966),

• Snorri (19 km í þvermál) eftir sagnaritaranum Snorra Sturlusyni,

• Tryggvadóttir (31 km í þvermál) eftir listmálaranum Nínu Tryggvadóttur og

• Laxness (26 km að þvermáli) eftir rithöfundinum Halldóri Kiljan Laxness. Þess má geta að gígurinn Reykholt á Mars er nefndur eftir heimabæ Snorra.

Gígurinn Sveinsdóttir á mynd BepiColombo. Mynd: ESA

Kalorisdældin

Ein stærsta yfirborðsmyndunin er Kalorisdældin. Hún er 1.550 km í þvermál (u.þ.b vegalengdin frá Reykjavík til Dublin á Írlandi) og ein stærsta árekstradæld sólkerfisins, fyllt og umlukin sléttlendi sem líkist tunglhöfunum.

Kalorisdældin er heitasti staður Merkúríusar enda nafnið dregið af latneska orðinu caloris sem þýðir heitt. Á 176 daga fresti þegar sólin er beint fyrir ofan hana og Merkúríus næst sólu (í sólnánd).

Kalorisdældin uppgötvaðist á myndum Mariner 10 árið 1974 en þegar geimfarið flaug framhjá var aðeins austari helmingur dældarinnar í dagsbirtu. Þegar MESSENGER geimfarið flaug framhjá Merkúríusi þann 14. janúar 2008 náðist í fyrsta sinn myndir af vesturhluta dældinnar og þar með dældinni í heild.

Kalorsidældin á Merkúríusi í ýktum litum sem sýna mismunandi jarðfræðileg fyrirbæri. Hraun hefur runnið í dældinni og er appelsínugult á litinn en blái liturinn er efni sem endurvarpar litlu ljósi. Mynd: NASA/JHUAPL/Carnegie Institution of Washington

Kalorisdældin myndaðist líklega við árekstur smástirnis sem fór í gegnum skorpu Merkúríusar. Fáir gígar eru í hraunsléttunni sem fyllti dældina og því er hún tiltölulega ung, innan við 3,8 milljarða ára.

Kalorisáreksturinn hafði áhrif á alla plánetuna. Nákvæmlega hinu megin hnattarins, gegnt Kalorisdældinni (á svipuðum stað og Nýja-Sjáland er staðsett á jörðinni miðað við Ísland), er brotið, hæðótt svæði um 500.000 ferkílómetrar að flatarmáli (fimmfalt flatarmál Íslands). Hæðirnar eru um 5 til 10 km breiðar og frá 100 til 1800 metra háar. Talið er að skjálftabylgjur frá árekstrinum hafi ferðast þvert í gegnum innviði reikistjörnurnar og brotið upp skorpuna á staðnum gegn Kalorisdældinni. Svipaðar dældir sjást á tunglinu.

Um fimmtán árekstradældir hafa fundist hingað til á Merkúríusi en þeim mun áreiðanlega fjölga þegar MESSENGER kemst á braut um reikistjörnuna. Tolstoj dældin er dæmi um aðra marghringjadæld með sléttu á botninum. Hún er 400 km í þvermál og efnisskvettur teygja sig allt að 500 km frá barmi hennar. Beethoven-dældin er svipuð eða 625 km í þvermál.

Rachmaninoff árekstradældin á Merkúríusi, nefnd eftir rússneska tónskáldinu Sergei Rachmaninoff. Rachmaninoff er um 290 km breið fjölhringjadæld. Innri hringurinn er 190 km að þvermáli. Innst í gígnum er sprungusvæði, sennilega sigdalir. Mynd: NASA/JHUAPL/Carnegie Institution of Washington

Innviðir

Merkúríus er massamikil reikistjarna miðað við stærð. Hann er líka þéttasta fyrirbæri sólkerfisins (5,43 g/cm3) á eftir Jörðinni (5,52 g/cm3).

Merkúríus hefur járnkjarna sem er að minnsta kosti 42% af rúmmálinu eða 1800 km í radíus. Til samanburðar er járnkjarni jarðar um 17% af rúmmáli hennar. Merkúríus hefur þar af leiðandi stærsta járnkjarna sólkerfisins miðað við stærð og er jafnframt járnríkasta fyrirbærið. Talið er að fyrir utan járnkjarnann sé reikistjarnan að mestu úr kísli, áli og súrefni, ekki ósvipað og á jörðinni.

Ekki er vitað hvers vegna Merkúríus inniheldur svo mikið járn en nokkrar kenningar eru uppi um það. Ein kenning gerir ráð fyrir því að innstu svæði frumsólþokunnar (næst sólinni) verði svo heit að efni á borð við járn gætu hafa þést og storknað. Samkvæmt annarri kenningu mun mjög sterkur en skammvinnur sólvindur hafa blásið burt möttli Merkúríusar, sem var þá að mestu úr efnum með lágan eðlismassa, stuttu eftir að sólin myndaðist. Þriðji möguleikinn er sá að á síðustu stigum myndunar hafi Merkúríus orðið fyrir stórum reikisteini. Slíkur árekstur hefði kastað megninu af möttlinum og skorpunni burt en málmkjarnar hnattanna gætu hafa sameinast og myndað plánetuna sem við sjáum í dag.

Umhverfis járnkjarnann er 600 km þykkur möttull og þar fyrir ofan 100 til 200 km þykk skorpa.

Segulsvið

Árið 1974 uppgötvaði bandaríska könnunarfarið Mariner 10 að á Merkúríusi er tvískauta segulsvið sem er aðeins 1% af styrkleika jarðsegulsviðsins. Segulsvið Jarðar verður til við rafstrauma í fljótandi hluta járnkjarna Jarðar. Ef hið sama á sér stað í kjarna Merkúríusar verður að minnsta kosti hluti kjarnans að vera fljótandi. Einnig verður einhver orkuuppspretta að vera til staðar svo efni flæði og rafstraumur verði til. Sé það rétt er það vísbending um að kjarni Merkúríusar sé að hluta fastur, líkt og kjarni Jarðar. Þegar efni djúpt í fljótandi hluta kjarnans kólnar og storknar, sameinast það fasta hlutanum. Við það losnar sú orka sem þarf til að koma fljótandi hluta kjarnans á hreyfingu. Segulsvið Merkúríusar bendir þannig til þess að kjarninn hafi svipaða uppbyggingu og kjarni Jarðar.

Segulmælingar MESSENGER geimfarsins sýndu að segulsviðið er ekki samsíða snúningsásnum, heldur hliðrað um 20% af radíus reikistjörnunnar. Segulsviðið er sömuleiðis svo veit að nær vart að standa af sér sólvindinn en myndar engu að síður mjög veikt og breytilegt segulhvolf. Segulsviðið fangar einnig agnir úr sólvindinum sem rekast svo á yfirborðið og veðra það örlítið.

Segulsvið Merkúríusar er ekki samsíða snúningsásnum. Mynd: NASA/JHUAPL/Carnegie Institution of Washington

Lofthjúpur

Merkúríus er of smár til að geta viðhaldið lofthjúpi til langs tíma en áhrif hás hitastigs og sólvindsins hafa þó sitt að segja. Umhverfis reikistjörnuna er örþunnt úthvolf vetni, helíumi, súrefni, natríum, kalki og kalíni. Þessi hjúpur er mjög óstöðugur og streymir stöðugt út í geiminn en endurnýjast af völdum sólvindsins og hrörnun geislavirkra efna í skorpu Merkúríusar. Við Merkúríus finnst einnig merki um vatnsgufu en hún á líklega rætur að rekja til halastjarna sem rekast á yfirborðið.

Úthvolfið breytist með fjarlægð Merkúríusar frá sólu. Hluta ársins myndast langur glóandi hali þegar stór hluti úthvolfsins fýkur út í geiminn. Geimfari sem stæði á réttum árstíma á næturhlið Merkúríusar sæi daufan appelsínugulan bjarma á himni af völdum kalsíums, svipað og bjarmi frá ljósmengaðri borg í fjarska á næturnar.

Mælingar MESSENGER geimfarsins leiddu í ljós að árekstrar lítilla loftsteina, geimarða, hafa áhrif á myndun úthvolfið.

Skýringarmynd af mælingum MESSENGER af kalsíum-streymi í úthvolfi Merkúriusar. Mælingar sýndu að kalsíumið berst fyrst og fremst frá þeim hluta Merkúríusar þar sem er morgun. Mynd: NASA/JHUAPL/Carnegie Institution of Washington

Athuganir á Merkúríusi

Merkúríus er oft meðal björtustu fyrirbæra himinsins. Þegar hann er hvað bjartastur er hann bjartari en nokkur fastastjarna og hefur þar af leiðandi þekkst frá alda öðli.

Líkt og allar aðrar reikistjörnur endurvarpar Merkúríus ljósi frá sólinni. Merkúríus endurvarpar um 12% af sólarljósi sem fellur á yfirborðið. Þetta hlutfall er nefnt endurskinshlutfall (e. albedo) og því bjartari sem hnöttur er, því hærra er hlutfallið.

Þótt Merkúríus sé nokkuð björt reikistjarna er hann svo nærri sólinni að erfitt getur verið að rannsaka hann frá jörðinni. Þannig getur Hubblessjónaukinn t.d. ekki beint sjóntækjum sínum að honum vegna hættu á skemmdum.

Merkúríus sést best þegar hann er eins langt frá sólinni á himninum og unnt er. Þá er talað um mestu austustu eða vestustu álengd (e. elongation). Í fáeina daga við austustu álengd er Merkúríus kvöldstjarna, lágt yfir sjóndeildarhringnum í vestri í stutta stund eftir sólsetur og fylgir sólinni neðar á himinninn þegar líður á kvöldið. Að sama skapi er Merkúríus morgunstjarna þegar hann er við vestustu álengd. Þá boðar hann komu sólar; rís skömmu fyrir sólarupprás.

Myndaröð af Merkúríusi (línan vinstra megin á himni) við austustu álengd yfir ESO Supernova fræðslumiðstöðinni í Garching í Þýskalandi. Mynd: P. Horálék/ESO

Hafa ber í huga að með vestustu og austustu álengd er átt við hvar á himninum Merkúríus er að finna. Þegar Merkúríus er við vestustu álengd er hann vestan við sólina á himninum; við dögun, þegar sólin rís í austri og er þegar kominn upp fyrir sjóndeildarhringinn. Þegar Merkúríus er við austustu álengd er hann austan við sólina á himninum og verður enn yfir sjóndeildarhringnum þegar sólin gengur til viðar í vestri.

Þar sem braut Merkúríusar er svo nærri sólu getur mesta álengd aðeins orðið 28°. Þar sem himinhvelfingin snýst um 15° á einni klukkstund (360° deilt með 24 stundum) rís Merkúríus aldrei meira en tveimur stundum fyrir sólarupprás eða sest meira en tveimur stundum eftir sólsetur. Því miður er miðskökk braut Merkúríusar og brautarhallinn miðað við sólbauginn þannig að reikistjarnan er oft mun neðar á himninum en 28° frá sjóndeildarhringnum við sólsetur eða sólarupprás. Sumar álengdir eru þannig ákjósanlegri en aðrar til að skoða Merkúríus, á meðan aðrar eru það ekki. Í heildina verða sex til sjö álengdir á ári en aðeins tvær af þeim þannig að hægt sé að skoða reikistjörnuna með sjónauka. Í gegnum sjónauka er fátt að sjá annað en kvartilaskipti líkt og hjá tunglinu og Venusi.

Könnun Merkúríusar

Galíleó Galílei beitti fyrstur manna sjónauka til rannsókna á Merkúríusi árið 1610. Sjónaukinn hans var ekki nógu öflugur til að sýna kvartilaskipti Merkúríusar svo Galíleó sá fátt áhugavert.

Tuttugu árum síðar, árið 1631, varð Frakkinn Pierre Gassendi fyrstu manna vitni að því þegar hann sá Merkúríus ganga fyrir sólu, nokkuð sem Jóhannes Kepler hafði spáð fyrir um. Átta árum síðar uppgötvaði Ítalinn Giovanni Zupi kvartilaskiptin sem Galíleó hafði ekki séð og sýndi þar með fram á að Merkúríus gekk í kringum sólina en ekki jörðina.

Þann 28. maí 1737 fylgdist John Bevis, stjörnufræðingur við Konunglegu stjörnustöðina í Greenwich, með því þegar Venus gekk fyrir Merkúríus. Slíkur atburður er frekar sjaldgæfur og sést næst árið 2133.

Vegna þess hve erfitt er að kanna Merkúríus með sjónaukum á jörðu niðri gerðist fátt markvert í rannsóknum á þessari reikistjörnu fyrr en um miðja 20. öld. Árið 1962 gerðu Sovétmenn ratsjárathuganir á Merkúríusi með því að senda ratsjármerki til Merkuríusar og greina endurvarpið. Þannig má afla ýmissa upplýsinga um landslag og snúning reikistjörnunnar.

Þremur árum síðar sýndu bandarískir vísindamenn fram á að snúningstími Merkúríusar var um 59 dagar með ratsjárathugnum frá Arecibo ratstjárstöðinni í Puerto Rico. Stuttu síðar sýni ítalski stjörnufræðingurinn Giuseppe Colombo að snúningstíminn var um tveir-þriðju af umferðartímanum. Þegar Merkúríus snýst stefnir önnur hliðin í átt frá jörðinni en hin hliðin í átt til jarðar. Ef ratstjárbylgjum með fasta öldulengd er skotið í átt til Merkúríusar, lenda þær á yfirborðinu og speglast til baka. Bylgjurnar sem endurvarpast fá þá styttri og lengri öldulengd en upphaflega vegna Dopplerhrifa. Með því að mæla muninn á öldulengdunum eftir endurvarpið gat Giuseppe Colombo fundið út snúningstíma Merkúríusar.

Að öðru leyti er nánast öll okkar þekking á innstu reikistjörnunni komin frá einu geimfari, Mariner 10 sem heimsótti hnöttinn í þrígang á áttunda áratug 20. aldar.

Rannsóknir með gervitunglum

Merkúríus er meðal minnst könnuðu reikistjarna sólkerfisins. Hingað til hafa einungis tvö ómönnuð geimför, Mariner 10 og MESSENGER, rannsakað reikistjörnuna nokkuð ítarlega. Ástæðan er sú að nokkuð flókið er að koma geimförum á braut um Merkúríus.

Vegna nálægðar Merkúríusar við sólina, þarf tiltölulega mikið eldsneyti til að hægja á ferð geimfars svo það komist á braut um reikistjörnuna, sem og til þess að brautin haldist stöðug. Til dæmis hækkaði braut MESSENGER geimfarsins úr 200 km hæð í 400 km vegna þyngdartogs frá sólinni á meðan leiðangrinum stóð.

Þegar geimfar stefnir inn í sólkerfið eykst hraði þess vegna þyngdartogs frá sólinni. Þess vegna þarf að hægja ferðina til að komast á braut um Venus og Merkúríus. Ólíkt Venusi hefur Merkúríus engan teljanlegan lofthjúp sem hægt væri að nota til að hægja á ferðinni. Geimför verða því að reiða sig að öllu leyti á eldflaugar til hægja ferðina

Mariner 10

Mariner 10 var fyrsta geimfarið sem heimsótti Merkúríus árin 1974 og 1975. Eftir geimskot árið 1973 þurfti geimfarið fyrst að fljúga framhjá Venusi með það fyrir augum að þyngdartog hennar hægði á ferð geimfarsins og beindi því til Merkúríusar. Mariner 10 var fyrsta geimfarið sem nýtti sér flug framhjá reikistjörnu með þessum hætti. Fyrsta framhjáflugið af þremur átti sér stað þann 29. mars árið 1974 og komst geimfarið þá á sporbraut sem var nákvæmlega tvö Merkúríusarár. Þar af leiðandi flaug Mariner 10 framhjá Merkúríusi á 176 daga fresti.

Þar sem Merkúríus snýst þrisvar sinnum um sjálfan sig á tveimur Merkúríusarárum, sá Mariner 10 alltaf sömu hliðinni þegar hann flaug framhjá reikistjörnunni. Mariner 10 sá þar af leiðandi aðeins aðra hlið Merkúríusar. Í heildina tók Mariner 10 yfir 3500 ljósmyndir af 45% yfirborðsins. Mariner flaug næst Merkúríusi í 327 km hæð yfir yfirborðinu. Á myndum geimfarsins sáust risavaxnar rásir á öldnu og gígóttu yfirborði og lengst af var mest öll okkar þekking á reikistjörnunni komin frá þessum leiðangri.

Örfáum dögum eftir seinasta framhjáflug Mariner 10 kláraðist eldsneytið um borð og var þá ákveðið að slökkva á geimfarinu. Mariner 10 er sennilega enn á braut um sólina og flýgur á nokkurra mánaða fresti framhjá Merkúríusi en safnar vitaskuld engum gögnum.

Mariner 10. Mynd: Smithsonian National Air and Space Museum

MESSENGER

Sjá nánar: MESSENGER

Árið 2004 skaut NASA á loft MESSENGER geimfarinu til Merkúríusar. Geimfarið sveif fyrst framhjá Merkúríusi hinn 14. janúar 2008 eftir næstum fjögurra ára ferðalag um innra sólkerfið, sem fól meðal annars í sér flug framhjá Jörðinni einu sinni og Venusi í tvígang. Við fyrsta flugið framhjá Merkúríusi ljósmyndaði MESSENGER mestan hluta þess yfirborðs sem Mariner 10 sá ekki á sínum tíma.

Teikning af MESSENGER á sporbraut um Merkúríus. Mynd: NASA/JHUAPL/Carnegie Institution of Washington

MESSENGER flaug aftur framhjá Merkúríusi í október 2008 og september 2009 og komst loks á braut um reikistjörnuna í mars árið 2011. Rannsóknir hófust skömmu síðar en eftir að gögnum hafði verið aflað í eitt Jarðarár var leiðangurinn framlengdur um þrjú ár, eða þar til eldsneytið þraut. MESSENGER geimfarinu var brotlent á yfirborði Merkúríusar hinn 30. apríl 2015. Áætlað er að við áreksturinn hafi myndast um 16 metra breiður gígur.

Geimfarið var að mestu leyti á 12 klukkustunda langri pólbraut í um 200 km hæð. Úr gögnum geimfarsins var útbúið þrívítt kort af yfirborði reikistjörnunnar, þrívíddarlíkan af segulhvolfinu, hæðarkort af norðurhvelinu, þyngdarsviðskort og mælingar gerðar á reikulum efnum í skyggðum gígum á pólunum.

BepiColombo

BepiColombo var skotið á loft 20. október árið 2018 og er fyrsti rannsóknarleiðangur Geimvísindastofnunar Evrópu (ESA) til Merkúríusar. Leiðangurinn er samstarfsverkefni ESA og japönsku geimvísindastofnunarinnar (JAXA) og samanstendur af tveimur brautarförum: Evrópsku geimfari sem á að rannsaka yfirborð reikistjörnunnar og japönskum kanna sem gera á segulsviðsrannsóknir.

BepiColombo fer á sporbraut um Merkúríus 5. desember árið 2025. Áætlað er að vísindarannsóknir hefjist formlega í febrúar 2026.

Teikning af BepiColombo að fljúga framhjá Merkúríusi. Mynd: ESA/ATG medialab

Merkúríus á einni mínútu

Meira um Merkúríus

Gígur á Merkúríusi nefndur eftir Halldóri Laxness

Myndasafn NASA af Merkúríusi

Heimildir og ítarefni

Freedman, Roger og Kaufmann, William. 2004. Universe, 7th Edition. W. H. Freeman, New York.

Beatty, J. Kelly; Petersen, Carolyn Collins og Chaikin, Andrew (ritstj.). 1998. The New Solar System. Cambridge University Press, Massachusetts.

McFadden, Lucy-Ann; Johnson, Torrence og Weissman, Paul (ritstj.). 2006. Encyclopedia of the Solar System. Academic Press, California.

Small collisions make big impact on Mercury's thin atmosphere

MESSENGER finds new evidence for water ice at Mercury's Poles

Discorvery Alert: A Closer look at Mercury's Spin and Gravity Reveals the Planet's Inner Solid Core

Hvernig á að vitna í þessa grein?

Sævar Helgi Bragason (2023). Merkúríus. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornufraedi.is/solkerfid/merkurius (sótt: DAGSETNING).