De magnetische polen van de aarde bewegen na verloop van tijd. Ze moeten er rekening mee houden wanneer ze hun vluchten plannen.
Ze drijven zelfs zo veel dat de magnetische polen zich op verschillende locaties bevinden dan de geografische polen, of de as van de rotatie van de aarde. Tegenwoordig is de magnetische noordpool van de aarde 965 kilometer (600 mijl) verwijderd van zijn geografische pool. Nu zegt een nieuwe studie dat dezelfde pooldrift ook op Mercurius voorkomt.
De magnetische polen van de aarde verankeren de magnetosfeer van onze planeet. De magnetosfeer strekt zich uit in de ruimte rond onze planeet en beschermt ons tegen de straling van de zon. De magnetosfeer en de polen zijn artefacten van de gesmolten kern van de aarde, en wetenschappers denken dat Mercurius ook een gesmolten kern heeft.
Maar wat drijft de polen precies? Het fenomeen wordt pooldrift genoemd en op aarde wordt het veroorzaakt door variaties in de stroom van gesmolten ijzer in de kern van de planeet. Op aarde drijft de magnetische noordpool ongeveer 55 tot 60 kilometer (34 tot 37 mijl) per jaar, de magnetische zuidpool drijft elk jaar ongeveer 10 tot 15 kilometer (zes tot negen mijl). De polen draaien ook om en dat is ongeveer 100 keer in de geschiedenis van de planeet gebeurd.
De studie toont aan dat waarschijnlijk dezelfde pooldrift plaatsvindt op Mercurius en dat het verhaal achter pooldrift op die planeet ingewikkelder is dan gedacht.
De nieuwe studie is gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research: Planets van de American Geophysical Union. Het heeft de titel 'Beperking van de vroege geschiedenis van Mercurius en zijn kerndynamo door het bestuderen van het magnetische aardveld'. De hoofdauteur is Joana S. Oliviera, astrofysicus bij het European Space Agency's European Space Research and Technology Center in Noordwijk.
De auteurs vertrouwden uitgebreid op gegevens verzameld door NASA's MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry en Ranging) ruimtevaartuig. Het draaide Mercurius van 2011 tot 2015 en het was het eerste ruimtevaartuig dat om de planeet cirkelde.
Een van de instrumenten van MESSENGER was een magnetometer die het magnetische veld van Mercurius tot in detail heeft gemeten. De elliptische baan van het ruimtevaartuig bracht hem tot op 200 km boven het oppervlak. MESSENGER verzamelde gegevens die zwakke magnetische afwijkingen in het oppervlak van Mercurius met betrekking tot inslagkraters aantonen.
De auteurs gingen ervan uit dat deze afwijkingen te wijten waren aan ijzer in de impactors die de kraters creëerden. Ze gingen er ook van uit dat dit gesmolten materiaal werd gekoeld door het magnetische veld van Mercurius.
Wetenschappers weten dat als stollingsgesteente afkoelt, het een record van het magnetische veld van de planeet op dat moment bewaart. Zolang die rotsen magnetisch materiaal bevatten, zullen ze op één lijn liggen met het veld van de planeet. Het wordt 'thermoremanente magnetisatie' genoemd. Omdat verschillende gesteenten op verschillende locaties op aarde op verschillende tijdstippen afkoelden, creëerde het een historisch record van de drijvende polen van de aarde. Zo weten we dat de polen van de aarde in het verleden zijn omgedraaid, de laatste keer bijna 800.000 jaar geleden.
De sleutel hiervoor is de thermoremanente magnetisatie. Zoals hoofdauteur Oliviera in een persbericht zei: "Als we aanwijzingen uit het verleden willen vinden door een soort archeologie van het magnetische veld te doen, dan moeten de rotsen thermoremanent gemagnetiseerd zijn."
Wetenschappers hebben het magnetische veld van Mercurius kunnen bestuderen, maar er zijn nooit gesteentemonsters verzameld. Geen enkel ruimtevaartuig is ooit op Mercurius geland. Om dit te omzeilen, richtten de auteurs van deze studie zich op vijf inslagkraters op het oppervlak en op de magnetische gegevens die MESSENGER verzamelde toen deze dicht bij het oppervlak van Mercurius kwamen.
Vijf kraters vertoonden verschillende magnetische handtekeningen dan MESSENGER gemeten in heel Mercurius. Deze kraters zijn oud, tussen 3,8 en 4,1 miljard jaar oud. De onderzoekers dachten dat ze aanwijzingen zouden kunnen hebben voor de positie van de oude palen van Mercurius en hoe ze in de loop van de tijd zijn veranderd.
"Er zijn verschillende evolutiemodellen van de planeet, maar niemand heeft het aardkorst-magnetische veld gebruikt om de evolutie van de planeet te verkrijgen," zei Oliveira.
Deze inslagen smolten gesteente en terwijl het gesteente afkoelde, behield het een record van het magnetische veld van de planeet. Ze gebruikten de magnetische gegevens van die vijf inslagkraters om het magnetische veld van Mercurius in de tijd te modelleren. Daaruit konden ze de locatie schatten van de oude magnetische polen van Mercurius, of 'paleopolen'.
Hun resultaten waren verrassend en wijzen op de gecompliceerde magnetische aard van Mercurius. Ze ontdekten dat de oude polen ver verwijderd waren van de huidige magnetische zuidpool en dat ze waarschijnlijk in de loop van de tijd veranderden. Zoveel hadden ze verwacht. Maar ze verwachtten ook dat de polen zouden clusteren op twee punten die dicht bij de rotatieas van Mercurius lagen, net zoals die van de aarde. Maar de polen waren willekeurig verdeeld en, schokkend, waren ze allemaal op het zuidelijk halfrond van de planeet.
Zoals het persbericht zegt: "De paleopolen sluiten niet aan op de huidige magnetische noordpool of het geografische zuiden van Mercurius, wat aangeeft dat het dipolaire magnetische veld van de planeet is verplaatst." Dit bewijs ondersteunt het idee dat de magnetische geschiedenis van Mercurius heel anders is dan die van de aarde. Het ondersteunt ook het idee dat Mercurius langs zijn as verschoof. Dat wordt een echte poolwandeling genoemd, wanneer de geografische locaties van de Noord- en Zuidpool veranderen.
Terwijl de aarde een dipolair magnetisch veld heeft met een duidelijke noordpool en zuidpool, is Mercurius anders. Het heeft momenteel een dipolair-quadrupolair magnetisch veld met twee polen en een verschuiving in de magnetische evenaar. In de oudheid had het volgens deze studie mogelijk hetzelfde veld. Of misschien had het een multipolair veld, met gedraaide magnetische 'veldlijnen zoals spaghetti' volgens Oliviera.
Dat is waar onze kennis van Mercury's magnetische veldlijnen nu voor staat. Wat wetenschappers echt moeten doen, is het bestuderen van meerdere gesteentemonsters van Mercurius. Maar daar is nog nooit een ruimtevaartuig geland en er zijn geen landingen gepland.
Mercurius is een moeilijke plaats voor een ruimtevaartuig om te bezoeken en in een baan om de aarde te brengen, laat staan op land. De nabijheid van de zon betekent dat elke missie naar Mercurius te maken heeft met de krachtige aantrekkingskracht van de zon. Er is veel brandstof voor nodig om veel meer te doen dan snel voorbij Mercurius te vliegen, en slechts twee ruimtevaartuigen hebben ooit de planeet bezocht: MESSENGER en Mariner 10.
Voorlopig kijken wetenschappers vooruit naar BepiColombo, de eerste missie van de ESA om Mercurius te bezoeken. Het komt in 2025 aan bij Mercury en zal daar een of twee jaar doorbrengen. Het zijn eigenlijk twee banen in één, maar er is geen lander.
Een van de orbiters heet MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter.) Zoals de naam al aangeeft, is het zijn rol om het magnetische veld van Mercurius te bestuderen, wat zeldzaam is onder planeten. Gegevens van die missie kunnen goed voortbouwen op studies zoals deze en zouden meer licht kunnen werpen op de gecompliceerde magnetische geschiedenis van Mercurius.
Meer:
- Persbericht: het oude magnetische veld van Mercurius is waarschijnlijk in de loop van de tijd geëvolueerd
- NASA: MESSENGER
- Research Paper: Beperking van de vroege geschiedenis van Mercurius en zijn kerndynamo door het bestuderen van het magnetische aardveld
- Wikipedia: Verkenning van Mercurius
