SISTEMA SOLAR

3ª.   Parte

Mercúrio

      Mercúrio é o menor e mais interno planeta do Sistema Solar, orbitando o Sol a cada 87,969 dias terrestres.

Ficha técnica:

Distância do Sol  57.910.000 km

Velocidade orbital média        47,88 km/s

Diâmetro equatorial 4.879,4 km

Área da superfície     7,5 x 10 7 km²

Massa    3.302 x 10²³ kg

Temperatura à superfície        179 ºC

Translação    88 dias

Rotação 58,6 dias

Composição Atmosférica: Hélio, Sódio, Oxigênio.

Órbita e Amplitude Térmica:

A distância máxima do planeta ao Sol é de 77 milhões de quilômetros (Afélio) e a mínima é de 46 milhões (Periélio). No dia de Mercúrio a temperatura atinge 430oC e do lado oposto, ou seja, durante a noite, essa temperatura cai para -180oC. Vemos nesse caso a maior amplitude térmica do sistema solar, que é cerca de 600oC.

       Sua órbita tem a maior excentricidade e seu eixo apresenta a menor inclinação em relação ao plano da órbita dentre todos os planetas do Sistema Solar. Mercúrio completa três rotações em torno de seu eixo a cada duas órbitas.

       Sua aparência é brilhosa quando observado da Terra,



 tendo uma magnitude aparente que varia de -2,6 a 5,7, embora não seja facilmente observado pois sua separação angular do Sol é de apenas 28,3º. Uma vez que Mercúrio normalmente se perde no intenso brilho solar, exceto em eclipses solares, só pode ser observado a olho nu durante o crepúsculo matutino ou vespertino.

      Comparado a outros planetas, pouco se sabe a respeito de Mercúrio, pois telescópios em solo terrestre revelam apenas um crescente iluminado com detalhes limitados. 

      As duas primeiras espaçonaves a explorar o planeta foram a MARINER 10, que mapeou aproximadamente 45% da superfície do planeta entre 1974 e 1975, e a MESSENGER, que mapeou outros 30% da superfície durante um sobrevoo em 14 de janeiro de 2008. O último sobrevoo ocorreu em setembro de 2009 e a nave entrou em órbita do planeta em 18 de março de 2011, quando começou a mapear o restante do planeta, numa missão com duração nominal de um ano terrestre.

      Mercúrio tem uma aparência similar à da Lua com crateras de impacto e planícies lisas, não possuindo satélites naturais nem uma atmosfera substancial. Entretanto, diferentemente da Lua, possui uma grande quantidade de ferro no núcleo que gera um campo magnético, cuja intensidade é cerca de 1% da intensidade do campo magnético da Terra.  







      É um planeta excepcionalmente denso devido ao tamanho relativo de seu núcleo.   A temperatura em sua superfície varia de 90 a 700 K (-183 °C a 427 °C). O ponto subsolar é a região mais quente e o fundo das crateras perto dos polos as regiões mais frias.

       As primeiras observações registradas de Mercúrio da tam pelo menos do primeiro milênio antes de Cristo. Antes do século IV a.C., astrônomos gregos acreditavam que se tratasse de dois objetos distintos: um visível no nascer do sol, ao qual chamavam Apolo, e outro visível ao pôr do Sol, chamado de Hermes.   O nome em português para o planeta provém da Roma Antiga, onde o astro recebeu o nome do deus romano Mercúrio, que tinha na mitologia grega o nome de Hermes (??µ??). O símbolo astronômico de Mercúrio é uma versão estilizada do caduceu de Hermes.

 Estrutura interna e Geologia da superfície

      Mercúrio é um dos quatro planetas telúricos do Sistema Solar e seu corpo é rochoso como a Terra. É o menor planeta do sistema solar, com um raio equatorial de 2 439,7 km.   Mercúrio é menor até que os dois maiores satélites naturais do sistema solar, as luas Ganimede e Titã, embora seja mais massivo. 




      O planeta é formado de aproximadamente 70% de material metálico e 30% de silicatos.   Sua densidade é a segunda maior do sistema solar, de 5,427 g/cm³, um pouco menor apenas do que a terrestre, de 5,515 g/cm³.   Se o efeito da compressão gravitacional fosse retirado, os materiais constituintes de Mercúrio seriam mais densos, com uma densidade não comprimida de 5,3 g/cm³, contra a terrestre de 4,4 g/cm³.

      A densidade de Mercúrio pode ser utilizada para inferir detalhes de sua estrutura interna. Enquanto a alta densidade terrestre resulta consideravelmente da compressão gravitacional, particularmente no núcleo planetário, Mercúrio é muito menor e suas regiões internas não são tão fortemente comprimidas. Portanto, para ter a densidade que apresenta, seu núcleo deve ser relativamente maior e rico em ferro.

     Os geólogos estimam que o núcleo de Mercúrio ocupe aproximadamente 42% de seu volume, enquanto na Terra a proporção é de 17%. Pesquisas recentes sugerem que seu núcleo seja fundido.  O núcleo é cercado por um manto com 500–700 km de espessura constituído de silicatos.  Baseado nos dados da missão da Mariner 10 e de observações terrestres, acredita-se que a crosta do planeta tenha entre 100 e 300 km de espessura.  Um dos detalhes característicos da superfície do planeta é a presença de numerosas cristas estreitas, que podem se estender por centenas de quilômetros. Acredita-se que essas estruturas foram formadas quando o núcleo e manto se resfriaram e contraíram, numa época em que a crosta já estava solidificada.

      O núcleo de Mercúrio tem um teor de ferro maior que qualquer outro planeta no Sistema Solar, e várias teorias foram propostas para explicar esta característica. A mais amplamente aceita sugere que Mercúrio tinha originalmente uma razão metal/silicato similar a meteoros condritos, considerados como típicos da matéria rochosa do Sistema Solar, e uma massa aproximadamente 2,25 vezes a atual.          No início da história do Sistema Solar, o planeta pode ter sido atingido por um planetesimal de aproximadamente um sexto de sua massa e várias centenas de quilômetros.  Este impacto pode ter removido grande parte da crosta e manto originais, deixando o núcleo como o componente majoritário.   Um processo similar, conhecido como a Hipótese do grande impacto, foi sugerido para explicar a formação da Lua.

      Outra teoria sugere que Mercúrio tenha sido formado a partir da nebulosa solar antes que a geração da energia solar tenha se estabilizado. O planeta teria inicialmente duas vezes a massa atual, mas à medida que o proto-Sol se contraiu, as temperaturas perto de Mercúrio poderiam estar entre 2 500 e 3 500 K, e possivelmente até superiores a 10 000 K.   Grande parte da superfície rochosa do planeta teria se vaporizado a tais temperaturas, formando uma atmosfera de "vapor de rocha" que teria sido levada pelo vento solar.

       Uma terceira hipótese sugere que a nebulosa solar provocou o arrasto das partículas a partir das quais Mercúrio vinha acretando, o que significa que as partículas leves foram perdidas do material acretante.  Cada uma destas hipóteses conduz a uma composição diferente da superfície. A MESSENGER encontrou níveis de potássio e enxofre na superfície superiores aos esperados, sugerindo que a hipótese do impacto gigante e vaporização da crosta e manto não ocorreu, uma vez que o potássio e o enxofre teriam sido removidos pelo calor extremo desses eventos. As observações parecem favorecer a terceira hipótese, em que muitos materiais planetários mais leves foram removidos, levando a maiores concentrações metálicas.

       A aparência da superfície do planeta é bem similar à da Lua, com extensos mares planos e grandes crateras, indicando que a atividade geológica está inativa há bilhões de anos. Uma vez que o conhecimento obtido da geologia de Mercúrio está baseado nas observações da sonda Mariner em 1975 e de observações terrestres, ele é o planeta telúrico menos compreendido.

       À medida que os dados da missão MESSENGER foram processados este conhecimento aumentou. Como exemplo, foi descoberta uma cratera incomum com calhas radiantes, a qual os cientistas batizaram de "a aranha" Ela mais tarde recebeu o nome de Apolodoro.

       Os nomes de acidentes em Mercúrio têm várias origens, sendo que nomes de pessoas se limitam aos já falecidos. Crateras recebem o nome de artistas, músicos, pintores e autores que apresentaram contribuições fundamentais em seus campos. Cristas (dorsas) recebem nomes de cientistas que contribuíram para o estudo de Mercúrio. Depressões (fossae) recebem nomes de obras de arquitetura, montanhas (montes) pela palavra "quente" em várias línguas e planícies (planitiae) pela palavra "Mercúrio" em várias línguas. Escarpas (rupes) são nomeadas a partir de navios de expedições científicas e vales (valles) como instalações de telescópios.

       Acidentes de Albedo se relacionam a áreas de refletividade marcadamente diferentes, de acordo com a observação telescópica. Mercúrio possui Dorsas (também chamadas de "cristas enrugadas"), terras altas como as da Lua, montes (montanhas), planícies ou planos, escarpas e vales.

        Mercúrio foi intensamente bombardeado por cometas e asteroides durante e logo depois da sua formação há 4,6 bilhões de anos, como também durante um possível episódio subsequente denominado "Intenso bombardeio tardio", que se encerrou há 3,8 bilhões de anos. Durante esse período de intensa formação de crateras,

        O planeta recebeu impactos sobre toda a sua superfície, o que foi facilitado pela ausência de qualquer atmosfera que diminuísse os impactos. Durante esse período o planeta teve atividade vulcânica e bacias como a Caloris foram preenchidas por magma do interior planetário, que produziram planícies suaves similares aos mares lunares.

        Dados do sobrevoo da MESSENGER de outubro de 2008 forneceram aos pesquisadores uma melhor avaliação da natureza confusa da superfície mercuriana. Sua superfície é mais heterogênea que a marciana ou lunar, as quais contêm falhas significativas de geologia similar, como os mares e platôs.

Bacias de impacto e crateras.

        As crateras de impacto em Mercúrio variam desde pequenas cavidades em forma de tigelas até bacias de impacto com multi-anéis de centenas de quilômetros de tamanho. Elas aparecem em todos os estados de degradação, de crateras raiadas relativamente intactas até remanescentes de crateras altamente degradadas.   Crateras mercurianas diferem sutilmente das lunares em função de a área coberta pela matéria ejetada ser muito menor, devido à ação de uma força gravitacional mais forte.

        A maior cratera conhecida é a bacia Caloris, que possui um diâmetro de 1 550 km.  O impacto que criou a bacia Caloris foi tão forte que causou erupções de lava e deixou um anel concêntrico com mais de 2 km de altura em volta do local do impacto.


          Na antípoda da bacia Caloris existe uma grande região conhecida como "Terreno Esquisito". 




         Uma das hipóteses de sua origem seria que as ondas de choque geradas pelo impacto na bacia Caloris viajaram em torno do planeta, convergindo na antípoda da bacia. As altas tensões resultantes fraturaram a superfície.  Outra teoria sugere que o terreno foi formado com um resultado da convergência da ejecta nesta antípoda da bacia.

         Ao todo, aproximadamente 15 bacias de impacto foram identificadas na área mapeada de Mercúrio. Uma bacia notável é a Bacia Tolstoj, com 400 km de tamanho e multi-anéis, que teve material ejetado cobrindo uma extensão de mais de 500 km da sua borda e um piso que foi preenchido por materiais de planícies suaves. A bacia Beethoven tem um tamanho similar de material ejetado e uma borda de 625 km de diâmetro.  Assim como a Lua, a superfície de Mercúrio sofreu os efeitos de processos de erosão espacial, incluindo o vento solar e impactos de micrometeoritos.

Superfície e exosfera

       A temperatura média da superfície de Mercúrio é de 169,35 °C  mas varia numa faixa de -173,15 °C  a 426,85 °C  devido à ausência de atmosfera e a um abrupto gradiente de temperatura entre o equador e os polos.

        Apesar de as temperaturas serem em geral extremamente altas em sua superfície, as observações sugerem fortemente a presença de gelo no planeta. Os pisos de crateras profundas nos polos nunca são expostos diretamente à luz solar, e a temperatura ali permanece abaixo de - 50,25 °C, bem abaixo da temperatura média global.  O gelo reflete com grande intensidade o radar, e observações do Observatório Goldstone e do VLA no início da década de 1990 revelaram a presença de áreas com grande reflexão do radar perto dos polos.  Embora o gelo não seja a única causa possível dessas regiões reflexivas, os astrônomos acreditam que seja a mais provável.

        Acredita-se que as regiões geladas tenham aproximadamente 1014 a 1015 kg de gelo,  e podem estar cobertas por uma camada de regolitos que inibe a sublimação.  Em comparação, a camada de gelo sobre a Antártica tem uma massa de aproximadamente 4×1018 kg e a calota polar do sul de Marte tem 1016 kg de água. 

        A origem do gelo em Mercúrio ainda não é conhecida, mas as duas fontes mais prováveis são a degaseificação do interior do planeta ou a deposição pelo impacto de cometas.

        Mercúrio é muito pequeno e quente para sua gravidade reter qualquer atmosfera significativa por um longo período de tempo, entretanto possui uma "tênue exosfera na superfície"  contendo hidrogênio, hélio, oxigênio, sódio, cálcio, potássio e outros. Essa exosfera não é estável — átomos são continuamente perdidos e repostos de várias fontes. O hidrogênio e o hélio provavelmente provêm do vento solar, difundido na magnetosfera mercuriana antes de escapar de volta para o espaço. O decaimento radioativo de elementos do interior da crosta é outra fonte de hélio, assim como de sódio e potássio. 
         A sonda MESSENGER encontrou altas proporções de cálcio, hélio, hidróxidos, magnésio, oxigênio, potássio, silício e sódio na exosfera. O vapor de água presente provém de uma combinação de processos tais como cometas atingindo a superfície, pulverização catódica através do hidrogênio do vento solar e oxigênio das rochas, e sublimação de reservatórios de gelo na sombra permanente das crateras polares. A detecção de grandes quantidades dos íons O+, OH-, e H2O+ foi uma surpresa.  Dada a quantidade que foi detectada no ambiente espacial de Mercúrio, os cientistas supõem que essas moléculas foram arrancadas da superfície do planeta ou da exosfera pelo vento solar.

        O sódio, o potássio e o cálcio foram descobertos na atmosfera durante as décadas de 1980 e 1990 e acredita-se que sejam primariamente o resultado da vaporização de rochas da superfície pelo impacto de micrometeoritos.  Em 2008, a sonda MESSENGER descobriu magnésio.  Estudos indicam que às vezes emissões de sódio são localizadas em pontos que correspondem ao dipolo magnético do planeta, indicando a interação entre a magnetosfera e a superfície do planeta.

 Exploração de Mercúrio

         Alcançar Mercúrio a partir da Terra apresenta desafios técnicos significativos, uma vez que o planeta orbita o Sol muito mais próximo do que a Terra. Uma espaçonave lançada da Terra precisa viajar por 91 milhões de quilômetros na direção do poço de potencial gravitacional do Sol. A velocidade orbital mercuriana é de 48 km/s, enquanto a terrestre é de 30 km/s, portanto a espaçonave precisa realizar uma grande mudança em sua velocidade (delta-v) para entrar na órbita de transferência de Hohmann que passa perto de Mercúrio, comparada com o delta-v necessário para outras missões planetárias.

         A energia potencial liberada pelo movimento em direção ao poço de potencial solar torna-se energia cinética, exigindo outra grande alteração no delta-v para evitar passar rapidamente direto por Mercúrio.
         Para pousar com segurança ou entrar em órbita estável, a espaçonave deve contar com motores de foguetes, pois a frenagem a ar está fora de cogitação por causa da tênue atmosfera. Uma viagem para Mercúrio exige mais combustível do que para escapar completamente do sistema solar. Como resultado, apenas duas sondas espaciais foram enviadas ao planeta até o momento.  Uma alternativa de aproximação proposta seria a utilização de velas solares para atingir uma órbita sincronizada à mercuriana ao redor do Sol.

MARINER 10:   primeira sonda a visitar o planeta de perto.

          A primeira espaçonave a visitar Mercúrio foi a sonda Mariner 10 da NASA (1974–75),8 que utilizou a força da gravidade de Vênus para ajustar sua velocidade orbital para se aproximar de Mercúrio, tornando-se a primeira nave espacial a utilizar o efeito da gravidade assistida e a primeira da NASA a realizar uma missão de visita a múltiplos planetas.  
         A sonda forneceu as primeiras imagens próximas da superfície mercuriana, que mostraram sua natureza repleta de crateras e revelaram muitos outros tipos de acidentes geológicos, tais como declives gigantes que foram posteriormente atribuídos ao efeito do planeta encolhendo ligeiramente, em função do resfriamento do núcleo de ferro.   Infelizmente, devido ao comprimento do período orbital da Mariner 10, a mesma face do planeta estava iluminada a cada aproximação da sonda, tornando impossível a observação de ambos os lados do planeta133 e resultando num mapeamento de menos de 45% da superfície planetária.

         No dia 27 de março de 1974, dois dias antes do primeiro sobrevoo sobre Mercúrio, os instrumentos da sonda começaram a registrar grandes quantidades de uma inesperada radiação ultravioleta próximo a Mercúrio. Isto levou à tentativa de identificação de um satélite mercuriano, mas, pouco depois, a fonte de radiação foi identificada como a estrela 31 da constelação de Crater e a lua mercuriana passou para os livros da história da astronomia como uma nota de rodapé.

          A sonda realizou três aproximações de Mercúrio e a mais próxima passou a uma distância de 327 km da superfície.   Na primeira aproximação, os instrumentos detectaram um campo magnético, para grande surpresa dos geólogos planetários – esperava-se que a rotação mercuriana fosse muito lenta para gerar um efeito dínamo significativo. A segunda aproximação foi utilizada principalmente para obtenção de imagens e a terceira para uma extensiva coleta de dados sobre o campo magnético. Os dados revelaram que o campo magnético é semelhante ao terrestre, defletindo o vento solar em torno do planeta. Entretanto, a origem do campo magnético mercuriano ainda é matéria de muitas teorias.

           Em 24 de março de 1975, apenas oito dias após sua aproximação final, a sonda esgotou seu combustível. Como sua órbita não podia mais ser controlada com precisão, os controladores da missão instruíram-na a se auto-desligar.  A sonda provavelmente ainda está orbitando o Sol, passando próximo ao planeta com uma frequência de alguns meses.

Sonda MESSENGER

A sonda MESSENGER sendo preparada para lançamento.

          Uma segunda missão da NASA para Mercúrio, nomeada MESSENGER (acrônimo de MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging), foi lançada em 3 de agosto de 2004 do Cabo Canaveral, a bordo de um foguete Delta II.   Ela fez um sobrevoo na Terra em agosto de 2005 e em Vênus em outubro de 2006 e junho de 2007, de modo a estabelecer uma trajetória correta para alcançar a órbita mercuriana.  O primeiro sobrevoo em Mercúrio aconteceu no dia 14 de janeiro de 2008, o segundo em 6 de outubro de 2008 140 e o terceiro em 29 de setembro de 2009.  
        A maior parte da superfície não fotografada pela sonda Mariner 10 foi mapeada durante estes sobrevoos e em 18 de março de 2011 a sonda entrou em órbita elíptica em torno do planeta, tendo a primeira imagem orbital sido obtida em 29 de março de 2011. 

Primeira imagem de alta resolução de Mercúrio enviada pela sonda MESSENGER.

          A sonda realizou uma missão de mapeamento com duração de um ano terrestre  e desenvolve atualmente uma missão estendida programada para terminar em 2013. Além de prosseguir na observação e mapeamento de Mercúrio, a MESSENGER vai observar o período de máxima atividade solar de 2012.

A missão foi projetada para esclarecer seis pontos chaves: a alta densidade mercuriana, sua história geológica, a natureza de seu campo magnético, a estrutura de seu núcleo, a existência de gelo em seus polos,  a existência  dê água em seu pólo sul, principalmente, e  seu polo norte,   e de onde vem sua tênue atmosfera.




          Para cumprir esta missão, a sonda está equipada com dispositivos fotográficos que irão coletar imagens com resolução muito maior de muito mais áreas do que a Mariner 10, espectrômetros variados para determinar a abundância dos elementos na crosta e magnetômetros e dispositivos para medição da velocidade de partículas carregadas. Medições detalhadas de pequenas mudanças na velocidade da sonda em sua órbita serão utilizadas para inferir detalhes sobre a estrutura do interior do planeta.

FUTURAS SONDAS

BepiColombo

        A Agência Espacial Europeia está planejando uma missão conjunta com o Japão chamada BepiColombo, que orbitará Mercúrio com duas sondas: uma para mapear o planeta e outra para estudar sua magnetosfera.  




        Uma vez lançada em 2015, estima-se que a espaçonave alcançará Mercúrio em 2019.   A espaçonave liberará uma sonda magnetométrica em um órbita elíptica, e então foguetes químicos serão acionados para colocar a sonda mapeadora em uma órbita circular.  




        Ambas as sondas operarão por um ano terreste.   A sonda mapeadora carregará uma série de espectrômetros semelhantes aos da MESSENGER, que estudarão o planeta em vários comprimentos de onda, incluindo infravermelho, ultravioleta, raio-x e radiação gama.

        BepiColombo é uma missão conjunta da Agência 

Espacial Europeia (ESA) e da Agência Japonesa de Exploração Aerospacial (JAXA) de exploração do planeta Mercúrio, sob a liderança da ESA. A missão entrou na fase de implementação no princípio de 2007 , e o seu lançamento está previsto para 2014 . O nome da missão é uma homenagem ao cientista, matemático e engenheiro Giusseppe (Bepi) Colombo, que desenvolveu a técnica de assistência gravitacional, fundamental à exploração espacial .

      O conceito da missão assenta em duas naves diferentes: o Mercury Planetary Orbiter (MPO), sob a responsabilidade da ESA, e o Mercury Magnetosphere Orbiter (MMO), a cargo da JAXA. Estas duas naves serão 'empilhadas' juntamente com o Mercury Transfer Module (MTM). Um quarto elemento, o MMO Sunshield and Interface Structure (MOSIF) protegerá o MMO ao longo da viagem interplanetária. Durante esta fase da missão, os quatro módulos viajarão em conjunto, formando uma nave chamada de Mercury Composite Spacecraft (MCS).

Mercury Transfer Module (MTM)

        O Módulo de Transferência, a base da "pilha", irá transportar as duas naves da Terra a Mercúrio, e será responsável pela propulsão e controlo de atitude da MCS. 

       Para isso, o módulo está equipado com quatro propulsores eléctricos e ainda um sistema de propulsão química à base de combustível bipropelente. O sistema de propulsão eléctrica consome 10.6 dos 14kW produzidos pelos painéis solares do MTM⁴ .