Merkur – Atmosphäre

Genaugenommen besitzt Merkur keine Atmosphäre. Er weist lediglich eine extrem dünne Exosphäre auf, deren Funktionsweise mit der irdischen Exosphäre vergleichbar ist: Hier werden die Gasteilchen so stark beschleunigt, dass sie dem planetaren Gravitationsfeld entkommen und ins All entweichen können. Die Dichte von Merkurs Exosphäre beträgt an seiner Oberfläche rund 10-15 bar, was einem labortechnischen Ultrahochvakuum entspricht.

Hauptbestandteile der Merkur-Exosphäre
Wasserstoff 22 %
Helium 6 %
Sauerstoff 42 %
Natrium 29 %
Kalium 0,5 %

Die nachgewiesenen Mengen Sauerstoff, Natrium und Kalium entstammen höchstwahrscheinlich den obersten Schichten der Merkuroberfläche. Dort werden sie durch den energiereichen Sonnenwind zunächst aus den Gesteinen herausgelöst und befinden sich anschließend in ungebundenem Zustand in Merkurnähe, bis sie dessen Gravitationsfeld verlassen können. Die gemessenen Anteile von Wasserstoff und Helium stammen dagegen direkt aus dem Sonnenwind, der mit Merkurs Oberfläche interagiert.

Das nebenstehende Diagramm zeigt ganz oben die Spektrallinien von Natrium und Calcium - die von Natrium im gelben Spektrum und die Calciumlinie im blauen Spektrum. (Courtesy of NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington)
Courtesy of NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington

Das nebenstehende Diagramm zeigt ganz oben die Spektrallinien von Natrium und Calcium – die von Natrium im gelben Spektrum und die Calciumlinie im blauen Spektrum. Die Daten wurden im Jahr 2008 von der Raumsonde "MESSENGER" gesammelt und sind die erste gleichzeitige Beobachtung dieser beiden Elemente in Merkurs Exosphäre. Vorher wurden sie nur einzeln mit Hilfe erdgebundener Teleskope nachgewiesen. Unterschiede in der räumlichen und zeitlichen Verteilung der verschiedenen Elemente in der Exosphäre ermöglichen Rückschlüsse auf die Prozesse, die an ihrer Erzeugung beteiligt sind.
Im mittleren Teil des Diagramms ist die räumliche Verteilung von Natrium in Merkurs Exosphäre zu sehen, wie sie von der Raumsonde MESSENGER während ihres zweiten Flyby-Manövers beobachtet wurde. Es zeigt hauptsächlich den Schweif des Planeten, der aufgrund des Sonnenwindes von der Sonne weggerichtet ist. Mit der Farbcodierung kann die relative Intensität der Natriumemissionen in Abhängigkeit von der Entfernung zum Planeten ermittelt werden. Auffallend sind zwei Intensitätsmaxima im Norden und Süden des Planeten, während in der äquatorialen Region deutlich weniger Natriumemissionen freigesetzt werden.
Der untere Teil stellt die räumliche Verteilung des Calciums während des zweiten Flyby-Manövers der MESSENGER-Sonde dar. Hier ist die Verteilung genau andersherum: Die größte Dichte ist in der Äquatorregion von Merkur erkennbar, an den beiden Polen findet sich die kleinste Calcium-Konzentration. Daraus ergibt sich die Schlussfolgerung, dass die Natrium- und Calcium-Verteilung in der Exosphäre sehr wahrscheinlich auf unterschiedlichen Prozessen basiert.

In diesem Diagramm wird ebenfalls der Natriumschweif des Merkur und dessen räumliche Verteilung dargestellt. (Courtesy of NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington)
Courtesy of NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington

In diesem Diagramm wird ebenfalls der Natriumschweif des Merkur und dessen räumliche Verteilung dargestellt. Die Karte besitzt die höchste räumliche Auflösung, die bisher von dem Schweif gemacht wurde. Die schwarz umrandeten Kästchen markieren Orte von hochpräzisen Einzelmessungen, die zur Erstellung der kompletten Karte benutzt wurden.

 

 

Die nebenstehende Grafik zeigt den ersten spektrometrischen Nachweis von Magnesium in der Exosphäre von Merkur. (Courtesy of NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington)
Courtesy of NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington

Die nebenstehende Grafik zeigt den ersten spektrometrischen Nachweis von Magnesium in der Exosphäre von Merkur. Im Gegensatz zu den charakteristischen Linien von Natrium und Calcium befinden sich die Spektrallinien von Magnesium nicht im sichtbaren Licht, sondern im ultravioletten Bereich des Spektrums. Weil diese Wellenlängen größtenteils von der Erdatmosphäre abgeschwächt werden, war ein Nachweis von Magnesium mit erdgestützten Instrumenten bisher nicht möglich. Der erfolgreiche Nachweis deutet darauf hin, dass Magnesium in den oberflächennahen Gesteinsschichten von Merkur vorhanden ist und durch Wechselwirkungen mit dem Sonnenwind und andere chemische Prozesse freigesetzt wird.