Illustrazione artistica basata sulla nuova ricerca che mostra il nucleo interno solido di Mercurio. Crediti: Antonio Genova
Gli scienziati sanno da tempo che la Terra e Mercurio hanno nuclei metallici. Come quello del nostro pianeta, anche il nucleo esterno di Mercurio è composto da metallo fuso. Ma se si conosce abbastanza quello esterno, altrettanto non si può dire di quello interno, sulla cui composizione, fino a oggi, c’erano solo indizi. Ora però un gruppo internazionale di scienziati, guidato da Antonio Genova della Sapienza di Roma, mostra su Geophysical Research Letters come Mercurio un cuore solido effettivamente ce l’abbia, e dalle dimensioni quasi uguali al cuore solido del nostro pianeta.
Il nucleo metallico – liquido e solido – di Mercurio occupa quasi l’85 per cento del volume del pianeta: questa percentuale record – enorme rispetto a quella relativa a tutti gli altri pianeti rocciosi del Sistema solare – insieme alla possibile presenza o meno di un nucleo solido, ha rappresentato a lungo uno fra i misteri più intriganti di Mercurio.
Le prove ora raccolte sull’esistenza del nucleo solido offrono indizi sulla formazione del Sistema solare e su come i pianeti rocciosi si siano evoluti nel tempo.
Per capire come fosse fatto questo nucleo, Genova e i suoi colleghi hanno utilizzato osservazioni compiute in quattro anni dalla sonda Messenger della Nasa, in orbita attorno a Mercurio dal marzo del 2011 fino all’aprile del 2015. Messenger ha sondato il cuore profondo del pianeta, ed è proprio grazie a queste osservazioni che i ricercatoti hanno potuto determinare le anomalie gravitazionali del pianeta (aree di aumento e decremento locale della massa) e la posizione del suo polo rotazionale. Misure necessarie per comprendere l’orientamento del pianeta che, insieme ai dati di gravità, hanno permesso di rispondere alla domanda che da tempo i ricercatori si ponevano: potrebbe nascondersi un cuore duro interno sotto quello di metallo fuso liquido nel nucleo di Mercurio?
«La gravità è uno strumento potente per guardare nelle profondità di un pianeta, perché dipende dalla sua struttura di densità», osserva Sander Goossens, ricercatore al Goddard Space Flight Center della Nasa e co-autore del nuovo studio.
Mentre Messenger orbitava attorno a Mercurio e si avvicinava sempre di più alla sua superficie, gli scienziati hanno registrato come la navicella accelerava sotto l’influenza della gravità del pianeta, e come le variazioni di densità introducessero piccoli cambiamenti nella sua orbita. Ma è con le ultime orbite effettuate dalla navicella che sono arrivati i dati più importanti, quelli che hanno permesso al team guidato da Genova di ottenere le misurazioni più accurate che siano mai state effettuate sulla struttura interna di Mercurio. Nutrendo con questi dati un algoritmo sofisticato, il team è riuscito a ricostruire quale fosse la composizione interna del pianeta in grado di spiegarne meglio la rotazione e l’accelerazione subita dalla sonda.
I risultati suggeriscono che Mercurio debba avere un nucleo interno di ferro solido da circa duemila chilometri di diametro, dunque circa la metà del diametro dell’intero nucleo del pianeta, grande circa quattromila chilometri. Sulla Terra, per fare un confronto, il cuore solido occupa poco più di un terzo dell’intero nucleo.
«Abbiamo dovuto raccogliere informazioni da molti campi – geodesia, geochimica, meccanica orbitale e gravità – per scoprire quale debba essere la struttura interna di Mercurio», dice Erwan Mazarico, scienziato planetario al Goddard Space Flight Center della Nasa e coautore dello studio, sottolineando la multidisciplinarietà dell’approccio seguito.
Antonio Genova, classe 1985, ricercatore alla Sapienza Università di Roma e primo autore dello studio pubblicato su Geophysical Research Letters
«Mercurio è un pianeta che ha sempre suscitato grande interesse e curiosità nella comunità scientifica», ricorda Antonio Genova a Media Inaf, «e ha visto il coinvolgimento di molti scienziati, tra cui l’italiano Giuseppe Colombo. Uno degli aspetti più interessanti di Mercurio è il rapporto tra la densità (5500 kg per metro cubo) e il raggio (2440 km). Tutti i pianeti rocciosi hanno un comportamento lineare tra raggio e densità. Mercurio, invece, ha una densità molto più elevata rispetto al suo raggio: una caratteristica dovuta al fatto che il nucleo è molto grande (circa l’85 per cento del pianeta) e parte di esso ha subito un processo di solidificazione più accelerato. Il nostro studio ha dimostrato come il nucleo solido di Mercurio sia più grande in percentuale di quello terrestre. Il che spiegherebbe, tra l’altro, come mai il suo campo magnetico è così debole, frutto di una riduzione della parte fluida più esterna del nucleo che rappresenta la sorgente di questo campo. La Terra, in confronto, che ha un nucleo fluido più grande, ha un campo magnetico più forte».
Come si può determinare la struttura interna di un pianeta solamente orbitandolo?
«A partire dai dati ottenuti con il flyby del 2008/2009 per finire con i dati ottenuti mentre la sonda era in orbita, abbiamo misurato gravità e orientazione del pianeta per determinare il momento di inerzia, ovvero la distribuzione globale delle masse del pianeta. Conoscendo queste grandezze geofisiche è stato possibile determinare la struttura interna del pianeta con l’ausilio di un sofisticato algoritmo».
Quali sono le principali implicazioni di questi risultati?
«Mercurio è sempre stato ritenuto un pianeta differente dagli altri. All’inizio si pensava fosse simile alla Luna. In realtà, più si conosce più sembra il fratello minore della Terra. E in quanto tale potrebbe darci informazioni sull’evoluzione del nucleo del nostro pianeta e sul suo campo magnetico. Ad esempio, conoscere il motivo per il quale il campo magnetico di Mercurio sia diventato così debole e si sia evoluto in questo modo potrebbe fornirci le basi fondamentali per predire come il campo magnetico terrestre possa evolvere nel futuro. Inoltre, la sonda BepiColombo dell’Esa potrà trarre vantaggio da questi risultati, potendo stabilire con maggiore accuratezza qual è la dimensione del nucleo solido, cercare di capire se la presenza del nucleo può essere responsabile del debole campo magnetico del pianeta o ancora completare le misure fatte da Messenger del solo emisfero nord».
Lei ha condotto questa ricerca mentre si trovava al Goddard Space Flight Center della Nasa, a Greenbelt, nel Maryland. Come è stata la sua esperienza?
«Ho iniziato la mia attività di ricerca lì il mese dopo la fine del dottorato. Ed è stata un’esperienza sicuramente fantastica. Ho trascorso quasi sei anni che mi hanno permesso di crescere sia professionalmente che personalmente, dopo i quali ho avuto l’occasione di ritornare. Una sorta di sliding doors: o tornavo in Italia o sarei rimasto in America probabilmente per molti anni. Alla fine, ho scelto di tornare, con la consapevolezza che avrei avuto la possibilità di lavorare a missioni Esa molto interessanti, come BepiColonbo e Juice».
Per saperne di più:
- Leggi su Geophysical Research Letters l’articolo “Geodetic Evidence That Mercury Has A Solid Inner Core“, di Antonio Genova, Sander Goossens, Erwan Mazarico, Frank G. Lemoine, Gregory A. Neumann, Weijia Kuang, Terence J. Sabaka, Steven A. Hauck II, David E. Smith, Sean C. Solomon e Maria T. Zuber