Sternengeschichten Folge 722: Der erstaunliche Kern des Merkur

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Sternengeschichten Folge 722: Der erstaunliche Kern des Merkur

Merkur ist der sonnennächste Planet in unserem Sonnensystem. Das werden die meisten wissen. Aber was weiß man sonst so über den Merkur? Da wird einem vermutlich vorerst gar nicht so viel einfallen und dass man den Planet Merkur gerne ein wenig unterschätzt habe ich schon in Folge 393 der Sternengeschichten erzählt. Dass liegt vor allem daran, dass es schwer ist, mit einer Raumsonde zu Merkur zu fliegen; viel schwerer als zu den anderen Planeten. Warum das so ist, ist ein Thema für eine andere Folge, aber nur weil Merkur schwer zu erreichen ist, heißt das nicht, dass es dort nichts zu erforschen gibt. Ganz im Gegenteil! Ich habe in Folge 393 auch kurz erwähnt, dass Merkur einen erstaunlich großen Kern hat und den schauen wir uns heute ein wenig genauer an.

So wie die Erde, Venus und Mars ist auch Merkur ein Gesteinsplanet. Das heißt, er besteht aus einem metallischen Kern, einem Mantel aus Gestein und darüber eine Kruste, die die Oberfläche bildet. Die Erde zum Beispiel hat einen Durchmesser von 12742 Kilometern. Der Kern der Erde hat einen Durchmesser von knapp 7000 Kilometern. Merkur ist der kleinste Planet des Sonnensystems, mit einem Durchmesser von 4878 Kilometern. Sein metallischer Kern dagegen hat einen Durchmesser von circa 4100 Kilometern. Der Mantel ist nur gut 600 Kilometer dick und die Kruste knappe 10 Kilometer. Oder anders gesagt: Der Merkur besteht eigentlich nur aus Kern, mit einer überraschend dünnen Gesteinshülle drumherum. Der metallische Kern des Merkur ist größer als der Mond der Erde; der Kern von Merkur ist verglichen mit dem Durchmesser des Planeten absurd groß und die Frage die sich sofort stellt lautet natürlich: Warum?

Wir fangen aber mit einer anderen Frage an: Woher wissen wir das eigentlich? Ich habe zu Beginn erwähnt, dass der Merkur sich nur schwer erforschen lässt, weil es so schwer ist, ihn zu erreichen. Deswegen waren auch erst zwei Raumsonden dort zu Besuch, einmal Mariner 10 in den 1970er Jahren, die dreimal am Planeten vorbeigeflogen ist und dann erst wieder die Sonde Messenger die den Planeten zwischen 2011 und 2015 umkreist hat, wie ich in Folge 681 ausführlich erzählt habe. Und das war wichtig, wie wir gleich hören werden. Dass Merkur anders ist als die anderen Planeten hat man aber auch schon vorher gewusst. Denn auch ohne dorthin zu fliegen kann man bestimmen, wie groß der Planet ist und welche Masse er hat. Daraus folgt die mittlere Dichte, die mit 5,4 Gramm pro Kubikzentimeter fast so groß wie die mittlere Dichte der Erde ist, obwohl die Erde sehr viel größer ist. Das bedeutet: Merkur muss verhältnismäßig sehr viel mehr schwere Elemente wie Eisen oder Nickel enthalten als die Erde; also einen überdurchschnittlichen metallischen Kern haben. Für Details muss man dann aber wirklich zum Merkur fliegen, womit wir jetzt wieder bei der Raumsonde Messenger sind, die den Planeten umkreist hat. Dabei wird sie natürlich ständig von der Erde aus überwacht und man kann sehr genau messen, ob die Raumsonde bei der Umkreisung des Planeten vielleicht ein bisschen schneller oder langsamer wird. Wenn das passiert, dann heißt das, das sie ein bisschen mehr oder weniger von Merkur angezogen wird und das bedeutet, vereinfacht gesagt, dass sie gerade über Regionen des Merkur fliegt, wo überdurchschnittlich viel oder weniger Masse existiert. Oder etwas anders und genauer gesagt: Aus der Beobachtung der Flugbahn kann man herausfinden, wie die Materie im Inneren des Planeten verteilt ist. Man kann außerdem die Rotation des Merkur messen und auch das Wackeln seiner Rotationsachse, was ebenfalls Aufschluss über die Verteilung der Masse im Inneren gibt. Das kombiniert man dann mit Computermodellen, die den Aufbau von Planeten beschreiben und schaut, was am besten zu den Beobachtungsdaten passt. Und beim Merkur ist das eben ein Kern mit circa 4100 Kilometer Durchmesser.

Und jetzt zur eigentlichen Frage: Wie kommt Merkur zu so einem enormen Metallkern? Eine der ersten und lange Zeit favorisierten Hypothesen war die eines großen Einschlags. Vielleicht war Merkur früher, nachdem er entstanden ist, ein deutlich größerer Planet. Circa 2,3 mal größer als jetzt, mit einem viel dickeren Mantel um den Kern. Er wäre dann ein ganz normaler Planet gewesen, mit einem Kern der zu seiner Größe passt. Aber dann könnte Merkur das passiert sein, was auch der jungen Erde vor 4,5 Milliarden Jahren passiert ist, als die Planeten gerade entstanden sind. Die Erde ist mit einem ungefähr marsgroßen Planeten kollidiert und aus den Trümmern dieses Zusammenstoßes ist der Mond entstanden. Damals war überhaupt noch viel mehr los im Sonnensystem; es sind viel mehr Protoplaneten durch die Gegend geflogen und sich in die Quere gekommen. Eine Kollision zwischen Merkur und einem anderen Himmelskörper ist also durchaus plausibel. Dabei könnte der Mantel quasi abgetragen worden sein, so dass nur der Kern übrig geblieben ist. Aber diese Hypothese hat ein paar Probleme. Messenger hat bei seiner Erforschung des Merkurs zum Beispiel viele flüchtige Elemente gefunden, also chemische Elemente, die leicht verdampfen und als Gas entweichen können. Bei so einer gewaltigen Kollision hätte sich der Großteil davon eigentlich ins All verflüchtigen sollen. Und warum sind so wenig von den Trümmern der Kollision wieder auf den Merkur zurückgefallen? Vielleicht hat das was mit der Nähe zur Sonne zu tun; die starke Strahlung und der Sonnenwind könnten die Trümmer weggepustet haben. Aber je genauer man sich die Kollisionshypothese angeschaut hat, desto mehr Unklarheiten hat man gefunden.

Deswegen hat man sich bei der Untersuchung des Problems verstärkt auf die Entstehung und die Chemie des Merkur konzentriert. Vielleicht ist der Merkur tatsächlich so entstanden, wie wir ihn heute sehen. Vielleicht haben irgendwelche Prozesse dafür gesorgt, dass sich das Material in der Scheibe aus Gas und Staub aus der die Planeten entstanden sind, irgendwie so sortiert hat, dass in Sonnennähe besonders viel metallreicher Staub vorhanden war. Das wäre eine elegante Erklärung, wenn uns ein plausibler Mechanismus einfallen würde, der so eine Sortierung macht…

Vielleicht ist der übergroße Kern des Merkur auch ein Resultat der Chemie. Es kann sein, dass Merkur unter sehr reduzierenden Bedingungen entstanden ist. Das hat nichts mit einem Preisnachlass zu tun, sondern bedeutet, dass das Material aus dem Merkur entstanden ist, wenig Sauerstoff enthalten hat. Ich lasse die Details jetzt aus, aber ein Mangel an Sauerstoff kann Einfluss auf die chemischen Reaktionen haben, die stattfinden können. Bei der Erde war es ja zum Beispiel so, dass in der ursprünglichen Kugel aus heißem Material das Eisen, zusammen mit Nickel und anderen schweren Elementen nach innen gesunken ist und den Kern gebildet hat, während die leichteren Silikate außen den Mantel gebildet haben. Ist aber wenig Sauerstoff vorhanden, kann Silizium sich zum Teil an das Eisen binden und mit ihm in den Kern sinken. Der Mantel verliert dann Silizium, wird dünner und der Kern besteht jetzt aus Eisen und Silizium und wird überdurchschnittlich groß. Das würde zu den Beobachtungsdaten passen, die zeigen, dass Merkurs Kern nicht komplett aus Eisen und Nickel bestehen kann, denn dann wäre das Magnetfeld des Planeten stärker, als es ist. Es wäre auch eine elegante Erklärung, aber auch sie passt nicht zu 100 Prozent. Erstens müssten wir dazu noch erklären, warum Merkur unter so sauerstoffarmen Bedingungen entstanden ist. Vermutlich hat es etwas mit seiner Sonnennähe zu tun, aber wir haben noch wenig Forschung in dieser Region gemacht und da gibt es viel, was wir noch nicht verstehen. Und zweitens braucht auch die chemische Erklärung zumindest noch ein bisschen katastrophale Hilfe: Auch hier muss am Ende ein bisschen Mantel anderweitig verloren gegangen sein. Durch eine kleinere Kollision, durch den Einfluss des Sonnenwindes oder durch einen Prozess, den wir noch nicht kennen.

Wenn wir das Rätsel um den Kern des Merkur einmal gelöst haben werden, werden wir auch sehr viel besser verstanden haben, wie Planeten allgemein entstehen und was sich in der Frühzeit unseres Sonnensystems alles abgespielt hat. Bis es soweit ist müssen wir aber noch sehr viel Forschung auf dem sonnennächsten Planeten durchführen. Fest steht nur: Merkur ist ein außergewöhnlicher Planet in dessen Inneren die Antwort auf ein paar sehr spannende Fragen versteckt ist.