Blog

(Links) Eine farbenfrohe Ansicht von Merkur, die mit Bildern aus der Farbbasiskarten-Kampagne während der Hauptmission von MESSENGER erstellt wurde (Rechts), wie Merkur aussehen könnte, wenn seine äußeren Schichten abgetragen würden, um seine 10 Meilen dicke Diamantschicht freizulegen (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva)/NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington)

Der kleinste Planet des Sonnensystems verbirgt möglicherweise ein großes Geheimnis. Anhand von Daten der NASA-Raumsonde MESSENGER haben Wissenschaftler festgestellt, dass unter der Kruste des Merkurs, des sonnennächsten Planeten, ein 10 Meilen dicker Diamantmantel liegen könnte.

Merkur hat Wissenschaftler lange Zeit vor ein Rätsel gestellt, da er viele Eigenschaften besitzt, die bei anderen Planeten des Sonnensystems nicht üblich sind. Dazu gehören seine sehr dunkle Oberfläche, sein bemerkenswert dichter Kern und das vorzeitige Ende der vulkanischen Ära des Merkurs.

Zu diesen Rätseln gehören auch Flecken von Graphit, einer Art (oder „Allotrop“) von Kohlenstoff auf der Oberfläche des innersten Planeten des Sonnensystems. Diese Flecken haben Wissenschaftler zu der Vermutung veranlasst, dass es in der Frühgeschichte des Merkurs einen kohlenstoffreichen Magma-Ozean gab. Dieser Ozean wäre an die Oberfläche getrieben und hätte die Graphitflecken und die dunkle Färbung der Merkuroberfläche verursacht.

Der gleiche Prozess hätte auch zur Bildung eines kohlenstoffreichen Mantels unter der Oberfläche geführt. Das Team, das hinter diesen Erkenntnissen steht, geht davon aus, dass dieser Mantel nicht, wie bisher vermutet, aus Graphen besteht, sondern aus einem anderen, viel wertvolleren Allotrop von Kohlenstoff: Diamant.

„Wir haben errechnet, dass angesichts der neuen Schätzung des Drucks an der Mantel-Kern-Grenze und des Wissens, dass Merkur ein kohlenstoffreicher Planet ist, das kohlenstoffhaltige Mineral, das sich an der Grenzfläche zwischen Mantel und Kern bilden würde, Diamant und nicht Graphit ist“, sagte Teammitglied Olivier Namur, ein außerordentlicher Professor an der KU Leuven, gegenüber kosmischeweiten.de. „Unsere Studie nutzt geophysikalische Daten, die von der NASA-Raumsonde MESSENGER gesammelt wurden.“

MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging) startete im August 2004 und war die erste Raumsonde, die den Merkur umkreiste. Die Mission, die 2015 endete, kartografierte die gesamte winzige Welt, entdeckte reichlich Wassereis im Schatten der Pole und sammelte wichtige Daten über die Geologie und das Magnetfeld des Merkurs.

Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter

Ein hochauflösendes Mosaik von Bildern des Merkurs, die von der NASA-Sonde MESSENGER aufgenommen wurden, als die Sonde den Planeten nach dem ersten Vorbeiflug der Mission am Merkur verließ. (Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington)

Unter Druck!

Diese neue Studie steht auch im Zusammenhang mit einer großen Überraschung, die sich vor einigen Jahren ereignete, als Wissenschaftler die Massenverteilung auf Merkur neu bewerteten und feststellten, dass der Mantel dieses kleinen Planeten dicker ist als bisher angenommen.

„Wir dachten sofort, dass dies eine enorme Auswirkung auf die Speziation [die Verteilung eines Elements oder eines Allotrops unter den chemischen Spezies in einem System] von Kohlenstoff, Diamant und Graphit auf dem Merkur haben muss“, sagte Namur.

Artist’s impression of NASA’s MESSENGER spacecraft in orbit at Mercury. MESSENGER erreichte den innersten Planeten des Sonnensystems im März 2011. (Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington)

Das Team untersuchte dies hier auf der Erde, indem es eine großvolumige Presse benutzte, um den Druck und die Temperaturen im Inneren des Merkurs zu reproduzieren. Sie übten einen unglaublichen Druck von über sieben Gigapascal auf ein synthetisches Silikat aus, das als Ersatz für das Material im Mantel des Merkurs diente, und erreichten dabei Temperaturen von bis zu 2.177 Grad Celsius (3.950 Grad Fahrenheit).

Auf diese Weise konnten sie untersuchen, wie sich Mineralien, wie sie in den Anfängen des Merkurmantels gefunden wurden, unter diesen Bedingungen veränderten. Mit Hilfe von Computermodellen werteten sie außerdem Daten über das Innere des Merkurs aus, die ihnen Hinweise darauf gaben, wie der diamantene Mantel des Merkurs entstanden sein könnte.

„Wir glauben, dass sich der Diamant durch zwei Prozesse gebildet haben könnte. Der erste ist die Kristallisation des Magmaozeans, aber dieser Prozess hat wahrscheinlich dazu beigetragen, dass sich nur eine sehr dünne Diamantschicht an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel gebildet hat“, erklärt Namur. „Als sich Merkur vor etwa 4,5 Milliarden Jahren bildete, war der Kern des Planeten vollständig flüssig und kristallisierte im Laufe der Zeit immer mehr aus. Die genaue Beschaffenheit der festen Phasen, die sich im inneren Kern bildeten, ist derzeit nicht bekannt, aber das Team geht davon aus, dass diese Phasen kohlenstoffarm waren. „Der flüssige Kern vor der Kristallisation enthielt etwas Kohlenstoff; die Kristallisation führt daher zu einer Anreicherung von Kohlenstoff in der restlichen Schmelze“, so Namur weiter. „Irgendwann wird eine Löslichkeitsschwelle erreicht, d.h. die Flüssigkeit kann nicht mehr Kohlenstoff lösen, und es bildet sich Diamant. „Diamant ist ein dichtes Mineral, aber nicht so dicht wie Metall, d.h. während dieses Prozesses wäre er an die Spitze des Kerns geschwemmt worden und hätte an der Grenze zwischen Merkurkern und -mantel Halt gemacht. Dies hätte zur Bildung einer etwa 1 km dicken Diamantschicht geführt, die im Laufe der Zeit weiter anwuchs.

Als sich die Raumsonde MESSENGER für ihren historischen ersten Vorbeiflug dem Merkur näherte, nahm die Sonde dieses Mosaik des sonnenbeschienenen Teils des Planeten auf. (Bildnachweis: NASA/JHUAPL/CIW)

Die Entdeckung verdeutlicht die Unterschiede zwischen der Entstehung des sonnennächsten Planeten und der Entstehung der anderen Gesteinsplaneten des Sonnensystems, Venus, Erde und Mars.

„Merkur entstand viel näher an der Sonne, wahrscheinlich aus einer kohlenstoffreichen Staubwolke. Infolgedessen enthält Merkur weniger Sauerstoff und mehr Kohlenstoff als andere Planeten, was zur Bildung einer Diamantschicht führte“, so Namur weiter. „Aber auch der Erdkern enthält Kohlenstoff, und die Bildung von Diamanten im Erdkern wurde bereits von verschiedenen Forschern vorgeschlagen.“

Der Forscher hofft, dass diese Entdeckung dazu beitragen könnte, einige der anderen Rätsel um den kleinsten Planeten des Sonnensystems zu lüften, einschließlich der Frage, warum seine vulkanische Phase vor etwa 3,5 Milliarden Jahren abgebrochen wurde.

„Eine wichtige Frage, die ich mir über die Entwicklung des Merkurs stelle, ist, warum die Hauptphase des Vulkanismus nur ein paar hundert Millionen Jahre dauerte, viel kürzer als bei anderen Gesteinsplaneten. Das muss bedeuten, dass sich der Planet sehr schnell abgekühlt hat“, so Namur. „Das hängt zum Teil mit der geringen Größe des Planeten zusammen, aber wir arbeiten jetzt mit Physikern zusammen, um zu verstehen, ob eine Diamantschicht zu einer sehr schnellen Wärmeabfuhr beigetragen haben könnte, so dass der große Vulkanismus sehr früh beendet wurde.“

Namur sagte, dass der nächste Schritt des Teams darin bestehen wird, die thermische Wirkung einer Diamantschicht an der Mantel-Kern-Grenze zu untersuchen. Diese Studie könnte durch Daten einer Mission unterstützt werden, die in die Fußstapfen von MESSENGER treten wird.

„Wir warten auch sehnsüchtig auf die ersten von BepiColombo gesammelten Daten, die hoffentlich im Jahr 2026 vorliegen werden, um unser Verständnis der inneren Struktur und der Entwicklung des Merkurs zu verfeinern“, schloss Namur.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.