El mercurio es pequeño, rápido y cercano al sol, lo que hace que el mundo rocoso sea un desafío para visitar. Solo una sonda ha orbitado alrededor del planeta y ha recolectado datos suficientes para contarles a los científicos sobre la química y el paisaje de la superficie de Mercurio. Sin embargo, aprender sobre lo que está debajo de la superficie requiere una estimación cuidadosa.

Después de que la misión de la sonda finalizó en 2015, los científicos planetarios estimaron que la corteza de Mercury tenía aproximadamente 22 millas de espesor. Un científico de la Universidad de Arizona no está de acuerdo.

Utilizando las fórmulas matemáticas más recientes, el científico asociado del Laboratorio Lunar y Planetario Michael Sori estima que la corteza de Mercurial tiene solo 16 millas de espesor y es más densa que el aluminio. Su estudio, " A Thin, Dense Crust for Mercury ", se publicará el 1 de mayo en Earth and Planetary Science Letters y actualmente está disponible en línea.

Sori determinó la densidad de la corteza de Mercurio utilizando datos recolectados por la nave espacial Mercury Surface, Space Environment y Geochemistry Ranging (MESSENGER). Él creó su estimación utilizando una fórmula desarrollada por Isamu Matsuyama , un profesor en el Laboratorio Lunar y Planetario, y el científico de la Universidad de California Berkeley, Douglas Hemingway.

La estimación de Sori apoya la teoría de que la corteza de Mercurio se formó en gran parte a través de la actividad volcánica. Comprender cómo se formó la corteza puede permitir que los científicos comprendan la formación de todo el planeta extrañamente estructurado.

"De los planetas terrestres, Mercurio tiene el núcleo más grande en relación con su tamaño", dijo Sori.

Se cree que el núcleo de Mercurio ocupa el 60 por ciento del volumen total del planeta. A modo de comparación, el núcleo de la Tierra ocupa aproximadamente el 15 por ciento de su volumen. ¿Por qué el núcleo de Mercurio es tan grande?

"Tal vez se formó más cerca de un planeta normal y tal vez gran parte de la corteza y el manto fueron arrancados por impactos gigantes", dijo Sori. "Otra idea es que, tal vez, cuando te estás formando tan cerca del sol, los vientos solares soplan gran parte de la roca y obtienes un gran tamaño de núcleo desde el principio. No hay una respuesta a la que todos estén de acuerdo todavía ".

El trabajo de Sori puede ayudar a señalar a los científicos en la dirección correcta. Ya ha resuelto un problema relacionado con las rocas en la corteza de Mercurio.

Las misteriosas rocas de Mercurio

Cuando los planetas y la luna de la Tierra se formaron, sus costras nacieron de sus mantos, la capa entre el núcleo de un planeta y la corteza que rezuma y fluye a lo largo de millones de años. El volumen de la corteza de un planeta representa el porcentaje de manto que se convirtió en rocas.

Antes del estudio de Sori, las estimaciones del espesor de la corteza de Mercurio llevaron a los científicos a creer que el 11 por ciento del manto original del planeta se había convertido en rocas en la corteza. Para la luna de la Tierra, el cuerpo celeste más cercano en tamaño a Mercurio, el número es más bajo, cerca del 7 por ciento.

"Los dos cuerpos formaron sus costras de maneras muy diferentes, por lo que no era necesariamente alarmante que no tuvieran el mismo porcentaje exacto de rocas en su corteza", dijo Sori.

La corteza de la luna se formó cuando los minerales menos densos flotaban en la superficie de un océano de roca líquida que se convirtió en el manto del cuerpo. En la parte superior del océano de magma, los minerales flotantes de la luna se enfriaron y endurecieron en una "corteza de flotación". Eones de erupciones volcánicas cubrieron la superficie de Mercurio y crearon su "corteza magmática".

Explicar por qué Mercurio creó más rocas que la luna fue un misterio científico que nadie había resuelto. Ahora, el caso se puede cerrar, ya que el estudio de Sori coloca el porcentaje de rocas en la corteza de Mercury en 7 por ciento. Mercurio no es mejor que la luna para hacer rocas.

Sori resolvió el misterio estimando la profundidad y la densidad de la corteza, lo que significaba que tenía que descubrir qué tipo de isostasia soportaba la corteza de Mercurio.

Determinación de la densidad y la profundidad

La forma más natural para que un cuerpo planetario tome es una esfera lisa, donde todos los puntos en la superficie están a una distancia igual del núcleo del planeta. Isostasy describe cómo las montañas, los valles y las colinas se sostienen y evitan que se aplanan en llanuras lisas.

Hay dos tipos principales de isostasia: Pratt y Airy. Ambos se enfocan en equilibrar las masas de rebanadas de igual tamaño del planeta. Si la masa en una rebanada es mucho mayor que la masa en una rebanada junto a ella, el manto del planeta rezumará, desplazando la corteza sobre ella hasta que las masas de cada rebanada sean iguales.

La isostasia de Pratt afirma que la corteza de un planeta varía en densidad. Una porción del planeta que contiene una montaña tiene la misma masa que una porción que contiene tierra plana, porque la corteza que forma la montaña es menos densa que la corteza que forma una llanura. En todos los puntos del planeta, el fondo de la corteza flota de manera uniforme en el manto.

Hasta que Sori terminó su estudio, ningún científico había explicado por qué la isostasía Pratt apoyaría o no el paisaje de Mercurio. Para probarlo, Sori necesitaba relacionar la densidad del planeta con su topografía. Los científicos ya habían construido un mapa topográfico de Mercurio utilizando datos de MESSENGER, pero no existía un mapa de densidad. Así que Sori hizo lo propio usando los datos de MESSENGER sobre los elementos encontrados en la superficie de Mercurio.

"Sabemos qué minerales suelen formar rocas, y sabemos qué elementos contienen cada uno de estos minerales. Podemos dividir inteligentemente todas las abundancias químicas en una lista de minerales ", dijo Sori sobre el proceso que usó para determinar la ubicación y la abundancia de minerales en la superficie." Conocemos las densidades de cada uno de estos minerales. Los sumamos a todos y obtenemos un mapa de densidad ".

Sori luego comparó su mapa de densidad con el mapa topográfico. Si la isostasía Pratt pudiera explicar el paisaje de Mercurio, Sori esperaba encontrar minerales de alta densidad en los cráteres y minerales de baja densidad en las montañas; sin embargo, no encontró tal relación. En Mercurio, los minerales de alta y baja densidad se encuentran en montañas y cráteres por igual.

Con la isostasia Pratt refutada, Sori consideró la isostasía de Airy, que se ha utilizado para hacer estimaciones del grosor de la corteza de Mercurio. La isostasia Airy indica que la profundidad de la corteza de un planeta varía según la topografía.

"Si ves una montaña en la superficie, puede estar sostenida por una raíz debajo de ella", dijo Sori, comparándola con un iceberg flotando en el agua.

La punta de un iceberg está soportada por una masa de hielo que sobresale bajo el agua. El iceberg contiene la misma masa que el agua que desplaza. De manera similar, una montaña y su raíz contendrán la misma masa que el material del manto que se desplaza. En los cráteres, la corteza es delgada y el manto está más cerca de la superficie. Una cuña del planeta que contiene una montaña tendría la misma masa que una cuña que contiene un cráter.

"Estos argumentos funcionan en dos dimensiones, pero cuando se tiene en cuenta la geometría esférica, la fórmula no funciona exactamente", dijo Sori.

La fórmula desarrollada recientemente por Matsuyama y Hemingway, sin embargo, funciona para cuerpos esféricos como los planetas. En lugar de equilibrar las masas de la corteza y el manto, la fórmula equilibra la presión que la corteza ejerce sobre el manto, proporcionando una estimación más precisa del espesor de la corteza.

Sori usó sus estimaciones de la densidad de la corteza y la fórmula de Hemingway y Matsuyama para encontrar el grosor de la corteza. Sori confía en que su estimación del espesor de la corteza de Mercurio en su hemisferio norte no será refutada, incluso si se recopilan nuevos datos sobre Mercurio. Él no comparte esta confianza sobre la densidad de la corteza de Mercurio.

MESSENGER recolectó muchos más datos en el hemisferio norte que en el sur, y Sori predice que la densidad promedio de la superficie del planeta cambiará cuando los datos de densidad se recopilen en todo el planeta. Él ya ve la necesidad de un estudio de seguimiento en el futuro.

La próxima misión a Mercurio llegará al planeta en 2025. Mientras tanto, los científicos continuarán usando datos de MESSENGER y fórmulas matemáticas para aprender todo lo que puedan sobre la primera roca del sol.