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Planetenforschung: Über unentdecktem Land

Durch seine exponierte Position ist der innerste Planet des Sonnensystems widrigstem Weltraumwetter ausgesetzt: Keine Atmosphäre, die seine Oberfläche schützt und nur ein schwaches Magnetfeld, das die schädigenden Teilchen des Sonnenwinds ablenkt. Astronomen haben sich Merkur im Oktober 2008 erneut aus der Nähe ansehen können.
Das Rembrandt-Becken auf MerkurLaden...
Auch wenn es paradox klingt: Eine Sonde auf die alles durch ihre Schwerkraft anziehende Sonne zuzusteuern und in einen Orbit um Merkur einzuschwenken, ist gar nicht so einfach. Denn im All gibt es keine Reibung, und so muss das Raumfahrzeug enorm abbremsen, um von unserem Heimatstern nicht wieder davon geschleudert zu werden. So ist die NASA-Sonde Messenger (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging) nach Mariner 10 vor über 30 Jahren erst die zweite, die sich zum flinken Götterboten aufmachte. Bald fünf Jahre ist sie nun schon unterwegs und vollführte mehrere Bremsmanöver in Form von "Swing-bys" an Erde und Venus. Im Januar 2008 erfolgte die erste Annäherung an Merkur, im Oktober die zweite. Ergebnisse dieser Stippvisite werden von den Forschern jetzt im Fachmagazin "Science" vorgestellt.

Merkurkrater TitianLaden...
Merkurkrater Titian | Der 121 Kilometer große Titian-Einschlag südlich des Merkuräquators führte zur Verteilung dunkleren Materials aus der Tiefe über die angrenzende Ebene. Von einem kleineren Krater wurde es dort an einer Stelle weggesprengt (weißer Pfeil). In Titian selbst führten weitere Einschläge dagegen zur Förderung von noch mehr geringer reflektierendem Material aus dem Boden (schwarze Pfeile).
Ein Team um James Slavin vom Goddard Space Flight Center der NASA hat die Vorgänge in der Magnetosphäre des 4800 Kilometer großen Gesteinsplaneten untersucht [1]. In der Zeit zwischen Januar und Oktober 2008 hat sich das interplanetare Magnetfeld umgekehrt und stand somit beim zweiten Vorbeiflug antiparallel zu dem des Merkur. Eine solche Anordnung führt aber dazu, dass verstärkt Feldlinien aufgebrochen und in einer energetisch günstigeren Konfiguration wieder geschlossen werden. Bei dieser "Rekonnexion" werden enorme Energiemengen auf die geladenen Teilchen des Sonnenwinds und der Magnetosphäre des Planeten übertragen und diese stark beschleunigt. Ein Teil der Partikel trifft danach auf die Merkuroberfläche, ein anderer Teil wird in sonnenabgewandter Richtung davon katapultiert. Beim zweiten Flyby waren die damit verbundenen Phänomene etwa zehnmal so ausgeprägt wie bei der Erde. Die Forscher schließen daraus, dass die Magnetosphäre des Merkur wesentlich mehr auf die Richtung des interplanetaren Magnetfelds reagiert und stärker von den Auswirkungen der Rekonnexion betroffen ist, als die der Erde und alle anderen Planeten mit einem Magnetfeld.

In den Atmosphären dieser Himmelskörper führt stürmisches Weltraumwetter zu Polarlichtern, bei Merkur jedoch prasseln die geladenen und beschleunigten Teilchen des Sonnenwinds wegen des Fehlens einer Lufthülle ungehindert auf die Oberfläche. Dort schlagen sie Atome heraus, die auf Grund ihrer hohen Energie sogar in den Weltraum entweichen können. Auch Meteoriteneinschläge zerstäuben den Boden, es bildet sich eine Exosphäre um den Planeten, die in geringer Dichte Wasserstoff und Helium enthält, aber auch Natrium, Kalium und Kalzium. Beim neuerlichen Flyby konnte überdies Magnesium ausgemacht werden. Den Astronomen um William McClintock von der University of Colorado in Boulder gelang es darüber hinaus, weitere Informationen über die räumliche Verteilung der verschiedenen Elemente in der Exosphäre zu gewinnen und so Rückschlüsse auf die zu Grunde liegenden Prozesse bei der Anreicherung und dem Abtransport vom Planeten weg ziehen zu können [2].

Strahlender KraterLaden...
Strahlender Krater | Der noch unbenannte Krater in der nördlichen Hemisphäre des Merkur (Pfeil) hat einen Durchmesser von rund hundert Kilometern. Das von ihm ausgehende System heller Strahlen zieht sich jedoch über mehr als 4500 Kilometer hin, doppelt so lange wie vergleichbare Strukturen auf dem Erdmond. Da Merkur jedoch eine höhere Anziehungskraft hat, sollten die Strahlen eigentlich wesentlich kürzer sein.
Wie genau sieht Merkurs Oberfläche nun aber eigentlich aus? Messenger konnte im Oktober weitere weiße Flecken von der Landkarte Merkurs tilgen, ihr Anteil beträgt jetzt nur noch rund zehn Prozent. Wissenschaftler um Brett Denevi von der Arizona State University in Tempe entwarfen aus Analysen der vorliegenden Aufnahmen eine globale Betrachtung von Merkurs Kruste [3]. Diese werde überwiegend von recht glatten Ebenen dominiert, deren Material durch Vulkanismus ans Tageslicht gefördert wurde. Zudem fällt eine dunklere, bläuliche Komponente auf, die rund 15 Prozent der Oberfläche beherrscht. Sie tritt hauptsächlich als Auswurfmaterial in Kratern und Senken auf. Die Färbung weist auf einen höheren Anteil von eisen- und titanhaltigen Oxiden hin, die ihren Ursprung in tieferen Schichten der Kruste oder in oberen Bereichen des Mantels haben dürften.

Planetenforscher um Thomas Watters vom National Air and Space Museum in Washington haben eine einzelne Struktur untersucht, die in den Aufnahmen des zweiten Messenger-Flybys erstmals abgebildet wurde: das Rembrandt-Einschlagsbecken [4]. Mit rund 715 Kilometern Durchmesser gilt es nach der doppelt so großen Caloris Planitia als das zweitgrößte Becken des Planeten. Im Gegensatz zu Caloris scheint es jedoch nicht so hoch mit Magma gefüllt zu sein – auf den Fotos sieht man eine speichenradartige Struktur sowie radiale und konzentrische verknitterte Grate, die auf fortwährende Deformation während der geologischen Geschichte des Planeten schließen lassen. Die jüngste davon, ausgelöst durch das langsame globale Auskühlen und die daraus resultierende Kontraktion Merkurs, führte zum Aufwurf eines rund 1000 Kilometer langen lappigen Steilhangs.

Mosaik des Rembrandt-BeckensLaden...
Mosaik des Rembrandt-Beckens | Diese Gesamtansicht des über 700 Kilometer durchmessenden Rembrandt Basin wurde aus zahlreichen Einzelaufnahmen zusammengesetzt. Ein Vergleich der Ausschnitte (1C) und (1D) ergibt eine unterschiedliche Zahl an kleinen Einschlagkratern und dient somit der Altersbestimmung der Struktur.
Karl-Heinz Glaßmeier von der Technischen Universität Braunschweig und dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Experte für Prozesse der Magnetosphäre, ist fasziniert von den Ergebnissen: "Merkur ist ein einzigartiges Laboratorium, das sich noch viele Geheimnisse bewahrt. Im weiteren Verlauf der Messenger-Mission und mit dem geplanten europäisch-japanischen Doppel-Orbiter BepiColombo werden wir daran gehen, sie ihm zu entreißen." [5]

Vielleicht gelingt dies teilweise schon beim dritten und letzten Flyby, der für Ende September angesetzt ist. Im März 2011 wird Messenger dann schließlich in eine Umlaufbahn um Merkur einschwenken und den Planeten mindestens ein Jahr lang eingehend untersuchen.
18. Woche 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 18. Woche 2009

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  • Quellen
[1] Slavin, J. A. et al.: MESSENGER Observations of Magnetic Reconnection in Mercury’s Magnetosphere. In: Science 324, S. 606–610, 2009.
[2] McClintock, W. E. et al.: MESSENGER Observations of Mercury’s Exosphere: Detection of Magnesium and Distribution of Constituents. In: Science 324, S. 610–613, 2009.
[3] Denevi, B. W. et al.: The Evolution of Mercury’s Crust: A Global Perspective from MESSENGER. In: Science 324, S. 613–618, 2009.
[4] Watters, T. R. et al.: Evolution of the Rembrandt Impact Basin on Mercury. In: Science 324, S. 618–621, 2009.
[5] Glassmeier, K.-H.: Magnetic Twisters on Mercury. In: Science 324, S. 597–598, 2009.

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