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Viaggio nel sistema solare: Mercurio

livello elementare
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ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: SISTEMA SOLARE
parole chiave: Mercurio

 

Iniziamo oggi un viaggio nello spazio visitando pianeti e asteroidi dove nessuno della nostra generazione potrà andare ad eccezione, forse, del pianeta Marte. Iniziamo a parlare del nostro sistema solare, costituito da una stella media che chiamiamo Sole, i pianeti Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno e i loro satelliti.
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Qualcuno potrebbe obiettare che ne manca uno, ovvero Plutone. Dopo aver fatto parte dei pianeti del nostro sistema solare, non senza poche polemiche, il 7 settembre 2006 l’Unione astronomica internazionale (UAI) ha riclassificato Plutone inserendolo nel catalogo del Minor Planet Center con la designazione asteroidale di “(134340) Pluto“. Come vedremo nel nostro viaggio straordinario, il nostro sistema solare ospita anche altri corpi celesti come comete, asteroidi ed il mezzo interplanetario.

Il Sole
Al centro del sistema abbiamo la nostra stella, il Sole, fonte di energia elettromagnetica del nostro sistema solare. E’ la stella più vicina in quanto la successiva, una stella nana rossa chiamata Proxima Centauri, si trova molto più lontano, alla distanza di 4,3 anni luce di distanza.

I pianeti, la maggior parte dei satelliti dei pianeti e degli asteroidi ruotano intorno al Sole nella stessa direzione, in orbite quasi circolari o ellittiche, in senso antiorario, tutti in prossimità di un piano chiamato eclittica; un riferimento che possiamo definire come la traiettoria del Sole sulla sfera celeste nel suo corso annuale. La Terra percorre la sua orbita intorno al Sole con un’inclinazione di 23° 27′. Gli altri pianeti, a parte (come vedremo fra poco) Mercurio, differiscono di pochi gradi da questo valore pertanto essi appaiono sempre vicini all’eclittica. 

La Terra è il pianeta sul quale si è formata la nostra vita ovvero tutte le forme viventi tra cui la nostra specie. Lo sviluppo demografico e la necessità di sempre maggiori risorse ha da sempre fatto guardare allo spazio vicino per individuare possibili alternative. Le prospettive future della Terra non sono rosee, ci stiamo avvicinando ad un punto di non ritorno che vedrà grandi masse spostarsi da un continente all’altro alla ricerca di fonti di sopravvivenza sempre più limitate. Non solo energetiche ma anche di base per la sopravvivenza come l’acqua. Al di là dei cambiamenti climatici, che metteranno a dura prova il nostro futuro, sarà il mare l’elemento fondamentale per la nostra esistenza e la sua morte significherà la nostra fine. E’ quindi fondamentale cercare un futuro sostenibile, basato su economie circolari, rispettoso delle biodiversità per assicurare la sopravvivenza della nostra specie.

Una domanda ricorrente sul web è quale pianeta potrebbe essere colonizzato in futuro per permettere la nostra sopravvivenza?
Al di là di facili risposte, esistono dei vincoli fisici e fisiologici che pongono sempre maggiori dubbi per un trasferimento verso altri pianeti. Nel nostro viaggio alla scoperta degli altri pianeti del sistema solare cercheremo di identificare quali di essi potrebbero essere colonizzati. Scopriremo che l’elemento fondamentale sarà la presenza di acqua e che, in molti di essi, sembra sia stata già trovata. Oggi inizieremo dal pianeta più vicino al Sole, Mercurio, e cercheremo di scoprire i suoi segreti.

Mercurio
Il piccolo pianeta è il più piccolo dei pianeti solari (un pò più grande della luna della Terra) ed il più vicino alla nostra stella. Conosciuto sin dal tempo dei Sumeri, il suo nome è tratto dalla mitologia. Gli antichi avevano notato che era il corpo celeste più veloce intorno al Sole per cui con lo stesso nome avevano identificato una deità, il Mercurio romano, che veniva rappresentato non a caso con le alette sul casco e sulle sue calzature. Per girare intorno al Sole impiega infatti circa 88 giorni terrestri (contro i nostri 365 medi) ed una giornata su Mercurio dura circa 59 giorni terrestri (2/3). La sua orbita è anche la più eccentrica (15 volte quella della Terra), ovvero la meno circolare degli altri pianeti e si mantiene ad una distanza media di 0,3871 Unità Astronomiche dal Sole.

Per capirci, se osservassimo il Sole dalla sua superficie ci apparirebbe nel momento della sua massima vicinanza circa 2,8 volte più grande di quello visibile dalla Terra.

La superficie di Mercurio sperimenta la maggiore escursione termica tra tutti i pianeti, con temperature che nelle regioni equatoriali vanno da 100 K (-173 °C) della notte a 700 K (427 °C) durante il giorno. Nelle regioni polari le temperature sono sempre inferiori a -93 °C. Questo è dovuto al fatto che Mercurio non possiede una sua atmosfera che, se fosse presente, svolgerebbe un ruolo di termoregolazione favorendone il clima.

Mercurio è un pianeta molto difficile da studiare proprio per la sua vicinanza al Sole.
Questo comporta che è visibile solitamente per sei periodi l’anno. I periodi migliori per l’osservazione sono dopo il tramonto, attorno all’equinozio di primavera per l’emisfero boreale, e prima dell’alba, all’equinozio di autunno per l’emisfero australe, a causa dell’inclinazione dell’eclittica sull’orizzonte.

Una conoscenza antica
Le osservazioni più antiche del pianeta sono riportate nelle tavole MUL.APIN, eseguite da astronomi assiri intorno al XIV secolo a.C. e poi dai Babilonesi che chiamavano  Mercurio con il nome di Nabu (“illuminato” oppure il “profeta”). Gli Egizi e i Greci assegnarono a Mercurio due nomi: stella del mattino e stella della sera. Alcune fonti attribuiscono a Pitagora (500 a.C.) la comprensione del fatto che si trattasse di un unico pianeta. Interessante il fatto che fu Tolomeo nel II secolo a.C. ad ipotizzare per primo che Mercurio transitasse davanti al Sole e che nessun transito era stato fino ad allora osservato o a causa delle dimensioni del pianeta, troppo piccolo perché il fenomeno risultasse osservabile o perché l’evento era poco frequente. I Romani chiamarono il pianeta Mercurio in onore del veloce messaggero alato degli dei, corrispondente al dio greco Hermes.

Galileo Galilei (Pisa, 15 febbraio 1564 – Arcetri, 8 gennaio 1642) è stato un fisico, astronomo, filosofo, matematico e accademico italiano, considerato il padre della scienza moderna.

Le prime osservazioni telescopiche furono effettuate da Galileo Galilei all’inizio del XVII secolo ma il suo telescopio non era sufficientemente potente da permettergli di coglierne le fasi che furono scoperte, nel 1639, da un altro italiano, Giovanni Battista Zupi, fornendo la prova definitiva che Mercurio orbitasse intorno al Sole. Nel XVII secolo i transiti di Mercurio vennero usati per stimare la dimensione del pianeta e per calcolare la distanza tra Terra e Sole che era allora sconosciuta. Verso la fine del XIX secolo l’astronomo italiano Giovanni Schiaparelli compose mappe più accurate della superficie e suggerì che il periodo di rotazione del pianeta fosse di 88 giorni, uguale a quello della sua rivoluzione. In altre parole che Mercurio era in rotazione sincrona con il Sole così come la Luna lo è con la Terra.

Mappe di Antoniadi

Nel 1934 Eugène Michel Antoniadi disegnò delle mappe di questo pianeta. Interessante che molte caratteristiche superficiali del pianeta, e in particolare quelle di albedo, presero il loro nome dalle mappe di Antoniadi. Non ultimo un altro astronomo italiano, Giuseppe Colombo, che osservò che il periodo di rotazione di Mercurio era circa due terzi di quello orbitale.

Mercurio fu visitato per la prima volta nel 1974 dalla sonda statunitense MARINER 10 che invio le prime fotografie del pianeta, mostrando una superficie apparentemente simile alla Luna. La sonda effettuò il primo sorvolo il 29 marzo a una distanza minima di 700 chilometri, registrando un campo magnetico rilevante che si pensava fosse quasi del tutto assente. L’ultimo sorvolo, a circa 327 chilometri dalla superficie, fornì ulteriori immagini della superficie illuminata, interessanti dettagli del polo sud e l’esistenza di una magnetosfera.

 

La NASA lanciò nel 2004 la sonda MESSENGER che inviò a terra le prime immagini dell’emisfero “sconosciuto” di Mercurio. La missione permise di scoprire la composizione della superficie, di rivelare la sua storia geologica, di analizzare il suo campo magnetico e di verificare la presenza di ghiaccio ai poli. La missione si concluse con il suo impatto ad alta velocità sulla superficie. Il 20 ottobre 2018 è avvenuto il lancio da parte dell’ESA della missione spaziale Bepi Colombo, battezzata in onore dello scienziato, matematico e ingegnere Giuseppe Colombo (1920-1984), per approfondire lo studio del pianeta e di testare la teoria della relatività generale.

rapporto di dimensioni Terra – Mercurio

A causa delle dimensioni ridotte e della sua vicinanza al Sole, l’attrazione gravitazionale del pianeta non è riuscita a trattenere un’atmosfera consistente. La forma è grosso modo sferica e non presenta la caratteristica forma a geoide (con schiacciamento ai poli e rigonfiamento all’equatore) degli altri pianeti.

La densità di Mercurio, pari a 5,43 g/cm³, è molto vicina a quella terrestre. Questo fa supporre che la struttura interna del pianeta sia simile a quella terrestre che, come sappiamo, deriva della sua forte compressione gravitazionale. Essendo Mercurio di dimensioni decisamente minori le regioni interne non sono compresse come quelle terrestri per cui il suo nucleo (circa il 42% del volume del pianeta) dovrebbe essere relativamente grande e ricco di ferro, e circondato da un mantello dello spessore di 500–700 km composto da silicati con una crosta di circa 100–300 km.

Mariner 10

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Dalle immagini del MARINER 10 sono stati osservati numerosi crateri causati dai numerosi impatti di asteroidi che hanno contrassegnato il suo passato, e presenta bacini riempiti da vecchie colate laviche e creste che si estendono fino a diverse centinaia di chilometri in lunghezza, probabilmente formatesi dal raffreddamento e dalla contrazione di nucleo e mantello, successivi alla solidificazione della crosta. Alcuni tra i più grandi crateri di Mercurio superano i 200 km e vengono chiamati bacini.


Quello più grande è la Caloris Planitia, dal diametro di circa 1.500 km, una grande pianura circolare circondata da anelli di monti, che presenta temperature altissime. Dal suo interno sono state registrate delle emissioni di gas a base di potassio e sodio.

Sulla superficie di Mercurio l’accelerazione di gravità è mediamente pari a 0,378 volte quella terrestre. Questo significa che un uomo di 100 kg su Mercurio peserebbe sol 37,8 chilogrammi. Una scoperta interessante è che in alcuni crateri del polo nord mercuriano, le pareti sono in grado di schermare la luce solare al loro interno (molto scure in fotografia), mantenendo una temperatura considerevolmente bassa, fino a circa -220 °C, conservando grosse quantità di ghiaccio. Questa presenza sembra essere stata confermata dalle osservazioni del radiotelescopio di Arecibo. I valori osservati sono compatibili con la presenza di acqua allo stato solido ricoperta da un sottile strato di regolite. Si è stimato che lo spessore dei ghiacci ai poli sia di almeno un metro e si estende per un’area di 30 000 km², considerando entrambi i poli la cui origine potrebbe essere dovuta all’impatto di comete sulla superficie.

Purtroppo a causa della sua bassa attrazione gravitazionale, Mercurio è sprovvisto di una vera e propria atmosfera come quella terrestre, ad eccezione delle tracce di gas probabilmente frutto dell’interazione del vento solare con la superficie del pianeta. E’ interessante che le misurazioni dei gas di quella tenua atmosfera, mostrano una presenza del 42% di Ossigeno, 29% di Sodio, 22% di Idrogeno e 6% di Elio.

La pressione atmosferica al suolo, misurata dalla sonda Mariner 10, è nell’ordine di un millesimo di pascal, circa 9 miliardesimi di un’atmosfera di pressione. La bassa densità dell’atmosfera mercuriana non le permette di innescare un meccanismo di distribuzione del calore ricevuto dal Sole; per questo motivo e per la rotazione estremamente lenta, che espone lo stesso emisfero alla luce solare diretta per lunghi periodi, l’escursione termica su Mercurio è la più elevata finora registrata nell’intero sistema solare. Inoltre, non essendoci un’atmosfera, i nostri astronauti osserverebbero un cielo nero anche di giorno.

In sintesi, un pianeta altamente inospitale, ma la cui colonizzazione potrebbe avere dei vantaggi per la conquista dello spazio. Si ritiene che il terreno di Mercurio possa contenere grandi quantitativi di 3He, che rappresenterebbe un’importante sorgente di energia pulita (per mezzo della fusione nucleare) per la Terra e per la futura economia del Sistema Solare.

I colori rappresentano le differenze nella composizione delle rocce sulla superficie. Le aree arancioni rappresentano le pianure vulcaniche e le aree blu scuro sono riflessi sconosciuti


Possibile destinazione di transito per la conquista del cosmo?

Da un punto di vista geologico, si pensa che il pianeta possieda una crosta ricca di ferro e silicati di magnesio, elementi importanti dal punto di vista minerario. La colonia dovrebbe installarsi nei pressi dei poli, all’interno dei crateri dove le temperature sono più miti, si fa per dire, e le escursioni termiche tra giorno e notte sarebbero trascurabili. Un altro vantaggio, è che Mercurio possiede un campo magnetico che lo protegge in gran parte dai raggi cosmici e dalle tempeste solari.

Nel caso saremmo la prima forma vivente su Mercurio, in quanto i dati in possesso indicano che le dure condizioni sulla superficie del pianeta e l’inesistente atmosfera rendano impossibile l’esistenza di qualsiasi forma di vita, almeno tra quelle conosciute dall’Uomo.

 

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