Mercurio , al ser el más cercano al Sol , con un campo magnético débil y la masa más pequeña de los planetas terrestres reconocidos , tiene una atmósfera muy tenue y altamente variable ( exosfera unida a la superficie ) que contiene hidrógeno , helio , oxígeno , sodio , calcio , potasio y vapor de agua , con un nivel de presión combinado de aproximadamente 10 −14 bar (1 nPa ). [2] Las especies exosféricas se originan ya sea del viento solar o de la corteza planetaria. La luz solar empuja los gases atmosféricos lejos del Sol, creando una cola similar a la de un cometa detrás del planeta.
La existencia de una atmósfera mercuriana fue objeto de controversia hasta 1974, aunque para entonces ya se había llegado a un consenso sobre la falta de atmósfera sustancial de Mercurio, al igual que la Luna . Esta conclusión se confirmó en 1974, cuando la sonda espacial no tripulada Mariner 10 descubrió únicamente una exosfera tenue. Más tarde, en 2008, la sonda espacial MESSENGER obtuvo mejores mediciones y descubrió magnesio en la exosfera mercuriana.
La exosfera de Mercurio está formada por una variedad de especies que se originan ya sea del viento solar o de la corteza planetaria . [3] Los primeros componentes descubiertos fueron hidrógeno atómico (H), helio (He) y oxígeno atómico (O), que fueron observados por el fotómetro de radiación ultravioleta de la sonda espacial Mariner 10 en 1974. Se estimó que las concentraciones cercanas a la superficie de estos elementos variaban de 230 cm −3 para el hidrógeno a 44.000 cm −3 para el oxígeno, con una concentración intermedia de helio. [3] En 2008, la sonda MESSENGER confirmó la presencia de hidrógeno atómico, aunque su concentración parecía más alta que la estimación de 1974. [4] Se cree que el hidrógeno y el helio exosféricos de Mercurio provienen del viento solar, mientras que es probable que el oxígeno sea de origen cortical. [3]
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La cuarta especie detectada en la exosfera de Mercurio fue el sodio (Na). Fue descubierto en 1985 por Drew Potter y Tom Morgan, quienes observaron sus líneas de emisión de Fraunhofer a 589 y 589,6 nm. [5] La densidad de columna promedio de este elemento es de aproximadamente 1 × 10 11 cm −2 . Se observa que el sodio se concentra cerca de los polos, formando puntos brillantes. [6] Su abundancia también aumenta cerca del terminador del amanecer en comparación con el terminador del anochecer. [7] Algunas investigaciones han afirmado una correlación de la abundancia de sodio con ciertas características de la superficie como Caloris o puntos brillantes de radio; [5] sin embargo, estos resultados siguen siendo controvertidos. Un año después del descubrimiento del sodio, Potter y Morgan informaron que el potasio (K) también está presente en la exosfera de Mercurio, aunque con una densidad de columna dos órdenes de magnitud menor que la del sodio. Las propiedades y la distribución espacial de estos dos elementos son, por lo demás, muy similares. [8] En 1998 se detectó otro elemento, el calcio (Ca), con una densidad de columna tres órdenes de magnitud inferior a la del sodio. [9] Las observaciones de la sonda MESSENGER en 2009 mostraron que el calcio se concentra principalmente cerca del ecuador, al contrario de lo que se observa para el sodio y el potasio. [10] Otras observaciones de Messenger informadas en 2014 indican que la atmósfera se complementa con materiales vaporizados de la superficie por meteoros tanto esporádicos como en una lluvia de meteoros asociada con el cometa Encke . [11]
En 2008, el espectrómetro de plasma de imágenes rápidas (FIPS) de la sonda MESSENGER descubrió varios iones moleculares y diferentes en las proximidades de Mercurio, incluidos H 2 O + ( vapor de agua ionizado ) y H 2 S + ( sulfuro de hidrógeno ionizado ). [12] Sus abundancias relativas al sodio son de aproximadamente 0,2 y 0,7, respectivamente. También están presentes otros iones como H 3 O + ( hidronio ), OH ( hidroxilo ), O 2 + y Si + . [13] Durante su sobrevuelo de 2009, el canal del espectrómetro ultravioleta y visible (UVVS) del espectrómetro de composición atmosférica y superficial de Mercurio (MASCS) a bordo de la nave espacial MESSENGER reveló por primera vez la presencia de magnesio en la exosfera mercuriana. La abundancia cercana a la superficie de este constituyente recién detectado es aproximadamente comparable a la del sodio. [10]
Las observaciones ultravioleta de la sonda Mariner 10 han establecido un límite superior para la densidad de la superficie exosférica de aproximadamente 10 5 partículas por centímetro cúbico. Esto corresponde a una presión superficial de menos de 10 −14 bar (1 nPa ). [14]
La temperatura de la exosfera de Mercurio depende de las especies, así como de la ubicación geográfica. Para el hidrógeno atómico exosférico, la temperatura parece ser de unos 420 K, un valor obtenido tanto por Mariner 10 como por MESSENGER . [4] La temperatura del sodio es mucho más alta, alcanzando 750-1.500 K en el ecuador y 1.500-3.500 K en los polos. [15] Algunas observaciones muestran que Mercurio está rodeado por una corona caliente de átomos de calcio con temperaturas entre 12.000 y 20.000 K. [9] A principios de la década de 2000, se realizó una simulación de la exosfera de Na de Mercurio y su variación temporal para identificar el proceso fuente que suministraba especies de la corteza a la exosfera. Se probaron procesos como; evaporación, difusión desde el interior, pulverización catódica por fotones e iones energéticos, pulverización catódica química por fotones y vaporización meteorítica. Sin embargo, la evaporación proporciona la coincidencia más fuerte al comparar los cambios en la exosfera de sodio con la distancia solar y la hora del día con las observaciones de 2001 de la cola de sodio de Mercurio. [16]
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Debido a la proximidad de Mercurio al Sol, la presión de la luz solar es mucho más fuerte que cerca de la Tierra. La radiación solar empuja los átomos neutros lejos de Mercurio, creando una cola similar a la de un cometa detrás de él. [17] El componente principal de la cola es el sodio, que se ha detectado a más de 24 millones de kilómetros (1000 R M ) del planeta. [18] Esta cola de sodio se expande rápidamente hasta un diámetro de unos 20.000 kilómetros a una distancia de 17.500 kilómetros. [19] En 2009, MESSENGER también detectó calcio y magnesio en la cola, aunque estos elementos solo se observaron a distancias inferiores a 8 R M . [17]
Mercurio es el planeta menos explorado del Sistema Solar interior debido a las muchas dificultades que presenta su observación. La posición de Mercurio vista desde la Tierra siempre es muy cercana al Sol, lo que plantea desafíos a la hora de intentar observarlo. El telescopio espacial Hubble y otros sistemas de imágenes espaciales basados en la Tierra tienen sensores de alta sensibilidad para poder observar objetos del espacio profundo. No deben ser dirigidos hacia el Sol, para evitar que su potente radiación destruya los sensores. [16]
En cambio, las misiones de sobrevuelo y orbitales a Mercurio pueden estudiar el planeta y recibir datos precisos. Aunque Mercurio está más cerca de la Tierra que Plutón, la órbita de transferencia de la Tierra a Mercurio requiere más energía. Al estar Mercurio tan cerca del Sol, las sondas espaciales que se dirigen allí aceleran a medida que se acercan, debido a la atracción gravitatoria del Sol. Esto requiere el uso de retrocohetes , que utilizan combustible que la sonda debe llevar en lugar de mejores instrumentos. [20]