Der sonnennächste Planet Merkur ist einer der bisher am wenigsten erforschten Himmelskörper unseres Sonnensystems. Noch vor kurzem gab es weiße Flecken auf den Karten des Merkur, doch die NASA-Sonde MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging) hat diese Lücken fast vollständig geschlossen. Am 21. März 2012 präsentierten Forscher neue Ergebnisse in zwei Veröffentlichungen in der Fachzeitschrift Science. Sie erstellten die erste topografische Karte der Nordhemisphäre und vermaßen das Schwerkraftfeld des Planeten. Die Ergebnisse zeigen, dass Merkur eine tektonisch aktive Vergangenheit durchlebte und ein unerwartet komplexes Innenleben aufweist.

Perspektivische Ansicht der Merkuroberfläche
© NASA, GSFC / JHUAPL / CIW-DTM / MIT / Brown University
(Ausschnitt)
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Vor gut einem Jahr, am 17. März 2011, begann mit dem Einschwenken in die Merkurumlaufbahn die Hauptmission von MESSENGER. Sie war die erste Sonde, die je in einen Orbit um den sonnennächsten Planeten eintrat; vorige Missionen besuchten Merkur nur im Vorbeiflug. Die Sonde umläuft den Planeten auf einer extrem elliptischen Bahn: sie passiert die Planetenoberfläche bei 60 Grad nördlicher Breite in nur 200 Kilometer Höhe; im entferntesten Punkt trennen MESSENGER 15 200 Kilometer von der Südhemisphäre des Merkur. Die Forscher wählten diese Orientierung der Bahn, um den Instrumenten an Bord einen optimalen Blick auf die geologisch besonders interessante Nordhalbkugel des Planeten zu ermöglichen.

Die Wissenschaftler erstellten nun die erste topografische Karte der Nordhemisphäre des Planeten aus Messdaten des ersten Jahrs in der Merkurumlaufbahn. Dazu ermittelten sie den Abstand der Sonde zur Oberfläche durch Laserpulse; dann berechneten sie die Distanz zum Schwerpunkt des Planeten über die beobachtete Bahn der Sonde. Aus der Differenz ergibt sich die Topografie. So wurde die Höhe von insgesamt 4,3 Millionen einzelnen Punkten auf der Merkuroberfläche genauer als 20 Meter ermittelt, aus denen die Forscher die präzise Karte erstellten.

Auffällig ist, dass die Merkuroberfläche – global gesehen – weniger rau ist als diejenigen von Mond und Mars. Merkurs hohe Dichte in Verbindung mit seiner geringen Größe führt zu einer relativ starken Schwerkraft. In Verbindung mit dem großen Planetenkern, der Merkurs Oberfläche in seiner Entstehungsgeschichte lange weich und plastisch hielt, kann dies die relativ ebene Topografie erklären: Die Schwerkraft könnte Verformungen, zum Beispiel durch Meteoriteneinschläge, geglättet haben. Die auffälligste Struktur auf der Nordhalbkugel ist eine ausgedehnte Ebene, die vor vier Milliarden Jahren vermutlich durch Überflutungen mit dünnflüssiger Lava entstand.

Vulkanische Ebene nahe Merkurs Nordpol
© NASA, GSFC / JHUAPL / CIW-DTM / MIT / Brown University
(Ausschnitt)
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Das heißt aber nicht, dass der gesamte Merkur flaches Land ist. Nahe dem Nordpol befindet sich das Caloris-Becken, Zeuge eines gewaltigen Asteroideneinschlags vor etwa 3,9 Milliarden Jahren. Doch im Gegensatz zu den bekannten Einschlagbecken auf anderen Himmelskörpern ist ein Teil des Bodens angehoben und liegt sogar höher als der Rand des Beckens. Dies ist offenbar Teil einer Aufwölbung der gesamten Merkuroberfläche, die sich um den halben Planeten erstreckt. Sie enstand nach dem Einschlag, der das Caloris-Becken erzeugte. Die Forscher vermuten, dass die Oberfläche durch vulkanische Aktivität oder die Verformung des Planeten als Folge der Abkühlung des Planeteninneren angehoben wurde. Dies zeigt zusammen mit weiteren Beobachtungen, dass Merkur eine tektonisch und vulkanisch aktive Vergangenheit durchlebte.

Die Wissenschaftler vermaßen zudem die Bahn der Raumsonde mit hoher Genauigkeit, während diese den Planeten umrundete. Aus den Abweichungen von der perfekten keplerschen Ellipse schlossen sie auf lokale Schwankungen in der Schwerkraft der Planeten. Wie auf dem Mond fanden sie dabei mehrere große Massenkonzentrationen, die so genannten Mascons, eine davon befindet genau unter dem Caloris-Becken. Der dortige Asteroideneinschlag rief einen Zustrom dichter Magmamengen in der Tiefe hervor, die sich heute durch die erhöhte Schwerkraft verraten.

Aus der Vermessung der Schwerkraft blickten die Wissenschaftler auch in das Merkurinnere. Sein Aufbau unterscheidet sich sehr von dem anderer erdähnlicher Planeten: Im Merkurinneren befindet sich ein flüssiger Eisenkern mit einem Radius von rund 2000 Kilometern, der von einer festen Schicht aus Eisensulfid umgeben sein könnte. Bis heute ist unverstanden, warum Merkur bis heute einen flüssigen Kern aufweist und noch nicht vollständig ausgekühlt ist. Die neuen Ergebnisse unterstreichen jedoch, dass der Planet über lange Zeit geologisch aktiv war. Die Forscher werden ihre bisherigen Modelle des Merkur überarbeiten und verbessern müssen.