Jordens magnetiska poler driver över tiden. De måste redogöra för det när de planerar sina flygningar.
De driver så mycket, faktiskt att magnetpolerna är på olika platser än de geografiska polerna, eller jordens rotationsaxel. Idag ligger jordens magnetiska nordpol 965 kilometer (600 mi) från dess geografiska pol. Nu säger en ny studie att samma poldrift inträffar också på Merkurius.
Jordens magnetiska poler förankrar vår planet magnetosfär. Magnetosfären sträcker sig ut i rymden runt vår planet och skyddar oss från solens strålning. Magnetosfären och dess poler är artefakter av jordens smälta kärna, och forskare tror att Merkurius också har en smält kärna.
Men vad får exakt polerna att driva? Fenomenet kallas polär drift, och på jorden orsakas det av variationer i flödet av smält järn i planetens kärna. På jorden drifter den nordliga magnetpolen cirka 55 till 60 kilometer (34 till 37 mil) per år, den sydliga magnetpolen drifter cirka 10 till 15 kilometer (sex till nio mil) varje år. Polackerna vänder också, och det har hänt ungefär 100 gånger i planetens historia.
Studien visar att samma polardrift troligen händer på Merkurius, och att berättelsen bakom poldrift på den planeten är mer komplicerad än trott.
Den nya studien publiceras i American Geophysical Union's Journal of Geophysical Research: Planets. Det heter "Constraining the Early History of Mercury and its Core Dynamo by Study the Crustal Magnetic Field." Huvudförfattaren är Joana S. Oliviera, en astrofysiker vid European Space Agency: s European Space Research and Technology Center i Noordwijk.
Författarna förlitade sig mycket på data som samlats in av NASA: s MESSENGER (MErcury Surface, Space EN Miljö, GEochemistry och Ranging) rymdskepp. Det kretsade runt Merkurius från 2011 till 2015, och det var det första rymdskeppet som kretsade runt planeten.
Ett av MESSENGERs instrument var en magnetometer som mätte Mercurius magnetfält i detalj. Rymdfarkostens elliptiska bana tog den till inom 200 km över ytan. MESSENGER skaffade data som visar svaga magnetiska avvikelser i Mercurys skorpytyta förknippade med slagkratrar.
Författarna antog att dessa avvikelser berodde på järn i impaktorerna som skapade kratrarna. De antog också att när detta smälta material kyldes formades det av Merkurius magnetfält.
Forskare vet att när den stötande rocken svalnar bevarar den en registrering av planetens magnetfält vid den tiden. Så länge dessa stenar innehöll magnetiskt material kommer de att anpassa sig till planetens fält. Det kallas "termoremanent magnetisering." Eftersom olika berg på olika platser på jorden kyldes vid olika tidpunkter skapade det en historisk uppteckning av jordens drivande poler. Så här vet vi att jordens stolpar har vänt tidigare, förra gången för nästan 800 000 år sedan.
De är nyckeln till detta är den termoremanenta magnetiseringen. Som huvudförfattaren Oliviera sa i ett pressmeddelande, "Om vi vill hitta ledtrådar från det förflutna, som gör en slags arkeologi av magnetfältet, måste stenarna vara termoremanenta magnetiserade."
Forskare har kunnat studera Merkurius magnetfält, men inga bergprover har någonsin samlats in. Inget rymdskepp har någonsin landat på Merkurius. För att komma runt detta fokuserade författarna till denna studie på fem slagkratrar på ytan och på magnetdata som MESSENGER samlade in när den kom nära Mercurys yta.
Fem kratrar uppvisade olika magnetiska signaturer än MESSENGER mätt i hela Merkurius. Dessa kratrar är gamla, mellan 3,8 och 4,1 miljarder år gamla. Forskarna trodde att de kan hålla ledtrådar om positionen hos Merkurius antika poler och hur de har förändrats över tid.
"Det finns flera evolutionsmodeller av planeten, men ingen har använt det magnetiska jordskorpefältet för att få planetens utveckling," sade Oliveira.
Dessa påverkan smälter berg, och när berget kyldes behöll det en registrering av planetens magnetfält. De använde magnetdata från dessa fem slagkratrar för att modellera Merkurius magnetfält över tid. Från det kunde de uppskatta platsen för Merkurius antika magnetiska poler, eller "paleopoler."
Deras resultat var överraskande och pekar på Merkurys komplicerade magnetiska natur. De fann att de gamla polerna var långt från den nuvarande sydmagnetiska polen, och att de troligen förändrats genom tiden. Så mycket de förväntade sig. Men de förväntade sig också att polerna skulle klustera vid två punkter som var nära Merkurius rotationsaxel, ungefär som jordens. Men polerna var slumpmässigt fördelade och, chockerande, var de alla på planets södra halvklot.
Som pressmeddelandet säger: "Paleopolerna stämmer inte överens med Merkurius nuvarande magnetiska nordpol eller geografiska söder, vilket indikerar att planetens dipolära magnetfält har rört sig." Detta bevis stöder tanken på att Merkurys magnetiska historia är mycket annorlunda än jordens. Det stöder också idén att Merkurius flyttades längs sin axel. Det kallas en riktig polärvandring när de geografiska platserna för Nord- och Sydpolen förändras.
Även om jorden har ett dipolärt magnetfält med en distinkt nordpol och sydpol, är Merkurius annorlunda. Den har för närvarande ett dipolärt-kvadrupolärt magnetfält med två poler och en förskjutning i den magnetiska ekvatorn. I forntida tider, enligt denna studie, kan det ha haft samma område. Eller, det kan ha haft ett multipolärt fält, med vridna magnetiska "fältlinjer som spaghetti" enligt Oliviera.
Det är där vår kunskap om Merkurius magnetfältlinjer står för nu. Vad forskare verkligen behöver göra är att studera flera bergprover från Merkurius. Men inga rymdfarkoster har någonsin landat där, och inga landningar planeras.
Kviksølv är en tuff plats för ett rymdskepp att besöka och kretsa, mycket mindre landar på. Närheten till Solen betyder att varje uppdrag till Merkurius måste kämpa med solens kraftfulla gravitationella drag. Det krävs mycket bränsle för att göra mycket mer än att flyga förbi Mercury snabbt, och bara två rymdskepp har någonsin besökt planeten: MESSENGER och Mariner 10.
För närvarande ser forskare fram emot BepiColombo, ESA: s första uppdrag att besöka Mercury. Den kommer till Mercury 2025 och kommer att tillbringa ett eller två år där. Det är faktiskt två banor i en, men det finns ingen lander.
En av orbitrarna kallas MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter.) Som namnet antyder är dess roll att studera Merkurius magnetfält, som är sällsynt bland planeter. Data från det uppdraget kan mycket väl bygga på studier som det här och kan kasta mer ljus på Mercurys komplicerade magnetiska historia.
Mer:
- Pressmeddelande: Merkurius forntida magnetfält har troligen utvecklats med tiden
- NASA: MESSENGER
- Forskningsdokument: Constraining the Early History of Mercury and its Core Dynamo by Study the Crustal Magnetic Field
- Wikipedia: Utforskning av Merkurius
