Le plus proche du luminaire et la plus petite planète du système solaire reste un mystère. Comme la Terre et les quatre géantes gazeuses - Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, Mercure a sa propre magnétosphère. Après des investigations sur la station MESSENGER (MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry), la nature de cette couche magnétique a commencé à devenir claire. Les principaux résultats de la mission sont déjà inclus dans des monographies et des manuels. Comment une petite planète a réussi à préserver la magnétosphère.
Pour qu'un corps céleste ait sa propre magnétosphère, une source de champ magnétique est nécessaire. Selon la plupart des scientifiques, l'effet dynamo est déclenché ici. Dans le cas de la Terre, cela ressemble à ceci. Dans les entrailles de la planète, il y a un noyau métallique avec un centre solide et une coquille liquide. En raison de la désintégration des éléments radioactifs, de la chaleur est libérée, conduisant à la formation d'écoulements convectifs d'un fluide conducteur. Ces courants génèrent le champ magnétique de la planète.
Le champ interagit avec le vent solaire - flux de particules chargées de l'étoile. Ce plasma cosmique porte avec lui son propre champ magnétique. Si le champ magnétique de la planète résiste à la pression du rayonnement solaire, c'est-à-dire qu'il le dévie à une distance considérable de la surface, alors ils disent que la planète a sa propre magnétosphère. En plus de Mercure, de la Terre et des quatre géantes gazeuses, Ganymède, le plus grand satellite de Jupiter, possède également une magnétosphère.
Dans le reste des planètes et des lunes du système solaire, le vent stellaire ne rencontre pratiquement aucune résistance. Cela se produit, par exemple, sur Vénus et, très probablement, sur Mars. La nature du champ magnétique terrestre est toujours considérée comme le principal mystère de la géophysique. Albert Einstein la considérait comme l'une des cinq tâches les plus importantes de la science.
Cela est dû au fait que, bien que la théorie de la géodynamo soit pratiquement incontestée, elle pose de grandes difficultés. Selon la magnétohydrodynamique classique, l'effet dynamo devrait se désintégrer et le noyau de la planète devrait se refroidir et se durcir. Il n'y a toujours pas de compréhension précise des mécanismes grâce auxquels la Terre maintient l'effet d'auto-génération de la dynamo ainsi que les caractéristiques observées du champ magnétique, principalement les anomalies géomagnétiques, la migration et l'inversion des pôles.
La difficulté d'une description quantitative est très probablement due à la nature essentiellement non linéaire du problème. Dans le cas de Mercure, le problème de la dynamo est encore plus aigu que pour la Terre. Comment une si petite planète a-t-elle conservé sa propre magnétosphère? Cela signifie-t-il que son noyau est toujours à l'état liquide et génère suffisamment de chaleur? Ou existe-t-il des mécanismes spéciaux qui permettent au corps céleste de se protéger du vent solaire?
Le mercure est environ 20 fois plus léger et plus petit que la Terre. La densité moyenne est comparable à celle de la terre. L'année dure 88 jours, mais le corps céleste n'est pas en capture de marée avec le Soleil, mais tourne autour de son propre axe avec une période d'environ 59 jours. Mercure se distingue des autres planètes du système solaire par un noyau métallique relativement grand - il représente environ 80% du rayon d'un corps céleste. À titre de comparaison, le noyau terrestre n'occupe que la moitié environ de son rayon.
Le champ magnétique de Mercure a été découvert en 1974 par la station américaine Mariner 10, qui a enregistré des rafales de particules à haute énergie. Le champ magnétique du corps céleste le plus proche du Soleil est environ cent fois plus faible que celui terrestre, il s'insérerait complètement dans une sphère de la taille de la Terre et, comme notre planète, est formé par un dipôle, c'est-à-dire qu'il a deux, et non quatre, comme des géantes gazeuses, des pôles magnétiques.
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Photo: Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins / Institut Carnegie de Washington / NASA
Les premières théories pour expliquer la nature de la magnétosphère de Mercure ont été proposées dans les années 1970. La plupart d'entre eux sont basés sur l'effet dynamo. Ces modèles ont été vérifiés de 2011 à 2015, lorsque la station MESSENGER a étudié la planète. Les données obtenues à partir de l'appareil ont révélé la géométrie inhabituelle de la magnétosphère de Mercure. En particulier, au voisinage de la planète, la reconnexion magnétique - le réarrangement mutuel des lignes de force intrinsèque et externe du champ magnétique - se produit environ dix fois plus souvent.
Cela conduit à la formation de nombreux vides dans la magnétosphère de Mercure, permettant au vent solaire d'atteindre la surface de la planète presque sans entrave. De plus, MESSENGER a découvert la rémanence dans la croûte d'un corps céleste. En utilisant ces données, les scientifiques ont estimé la limite inférieure de l'âge moyen du champ magnétique de Mercure à 3,7-3,9 milliards d'années. Ceci, comme l'ont noté les scientifiques, confirme la validité de l'effet dynamo pour la formation du champ magnétique global de la planète, ainsi que la présence d'un noyau externe liquide.
Pendant ce temps, la question de la structure de Mercure reste ouverte. Il est possible que la couche externe de son noyau contienne des flocons métalliques - de la neige de fer. Cette hypothèse est très populaire, car, expliquant la propre magnétosphère de Mercure par le même effet dynamo, elle permet des températures basses et un noyau quasi-solide (ou quasi-liquide) à l'intérieur de la planète.
Photo: Institution Carnegie de Washington / JHUAPL / NASA
On sait que les noyaux des planètes terrestres sont principalement formés de fer et de soufre. Les inclusions de soufre sont également connues pour abaisser le point de fusion de la matière centrale, la laissant liquide. Cela signifie qu'il faut moins de chaleur pour maintenir l'effet dynamo, que Mercure produit déjà trop peu. Il y a près de dix ans, des géophysiciens, menant une série d'expériences, ont démontré que dans des conditions de haute pression, la neige de fer peut tomber vers le centre de la planète et qu'un mélange liquide de fer et de soufre peut s'élever vers elle, à partir du noyau interne. Cela peut créer un effet dynamo dans les entrailles de Mercure.
Les données MESSENGER ont confirmé ces résultats. Le spectromètre installé à la station a montré une teneur extrêmement faible en fer et autres éléments lourds dans les roches volcaniques de la planète. Il n'y a presque pas de fer dans la mince couche du manteau de Mercure, et elle est principalement formée de silicates. Le centre solide représente environ la moitié (environ 900 kilomètres) du rayon du noyau, le reste est occupé par la couche fondue. Entre eux, il y a très probablement une couche dans laquelle les paillettes métalliques se déplacent de haut en bas. La densité du noyau est environ deux fois celle du manteau et est estimée à sept tonnes par mètre cube. Selon les scientifiques, le soufre représente environ 4,5% de la masse du noyau.
MESSENGER a découvert de nombreux plis, courbures et failles à la surface de Mercure, ce qui permet de tirer une conclusion sans ambiguïté sur l'activité tectonique de la planète dans un passé récent. La structure de la croûte externe et la tectonique, selon les scientifiques, sont associées aux processus qui se déroulent dans les entrailles de la planète. MESSENGER a montré que le champ magnétique de la planète est plus fort dans l'hémisphère nord que dans le sud. A en juger par la carte gravimétrique compilée par l'appareil, l'épaisseur de la croûte près de l'équateur est en moyenne 50 kilomètres plus élevée qu'au pôle. Cela signifie que le manteau de silicate dans les latitudes nord de la planète est chauffé plus fortement que dans sa partie équatoriale. Ces données sont en excellent accord avec la découverte de pièges relativement jeunes dans les latitudes nordiques. Bien que l'activité volcanique sur Mercure ait cessé il y a environ 3,5 milliards d'années, l'image actuelle de la diffusion thermique dans le manteau de la planète est en grande partieprobablement déterminé par son passé.
En particulier, des écoulements convectifs peuvent encore exister dans les couches adjacentes au noyau de la planète. Ensuite, la température du manteau sous le pôle nord de la planète sera de 100 à 200 degrés Celsius plus élevée que sous les régions équatoriales de la planète. De plus, MESSENGER a découvert que le champ magnétique résiduel de l'une des sections de la croûte nord est dirigé dans la direction opposée au champ magnétique global de la planète. Cela signifie que dans le passé, une inversion s'est produite sur Mercure au moins une fois - un changement de polarité du champ magnétique.
Seules deux stations ont exploré Mercure en détail - Mariner 10 et MESSENGER. Et cette planète, principalement en raison de son propre champ magnétique, est d'un grand intérêt pour la science. En expliquant la nature de sa magnétosphère, nous pouvons certainement le faire pour la Terre. En 2018, le Japon et l'UE prévoient d'envoyer une troisième mission à Mercury. Deux stations voleront. Premièrement, MPO (Mercury Planet Orbiter) compilera une carte multi-longueurs d'onde de la surface d'un corps céleste. Le second, un MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), explorera la magnétosphère. Il faudra beaucoup de temps pour attendre les premiers résultats de la mission - même si le départ a lieu en 2018, la destination de la station ne sera atteinte qu'en 2025.
Yuri Sukhov
