Le storie evolutive della Terra e di Mercurio differiscono fondamentalmente. Il pianeta più piccolo, il più vicino al Sole, ha probabilmente iniziato a raffreddarsi precocemente, proprio come un budino che si solidifica: circa un miliardo di anni dopo la sua formazione, l’attività vulcanica di Mercurio si è arrestata e sulla superficie del pianeta si è formata una solida e continua “crosta rocciosa”. La crosta terrestre, d’altro canto, è ancora in movimento: il vulcanismo e la tettonica a placche mescolano costantemente il “budino terrestre”. Non è ancora chiaro quale fosse l’aspetto unico del passato vulcanico di Mercurio e come abbia plasmato il suo aspetto attuale. Tuttavia, i ricercatori possono ricavare importanti indizi dalla composizione della sua superficie.
In un nuovo studio, i ricercatori del Max Planck Institute for Solar System Research in Germania e delle Università di Münster e Göttingen, anch’esse in Germania, hanno determinato la proporzione di biossido di silicio sulla superficie di Mercurio con una precisione senza precedenti. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Planetary Research.
I risultati
Lo studio rivela una sorpresa: con una frazione di massa di circa il 37%, il biossido di silicio su Mercurio è fino al 25% meno abbondante di quanto si pensasse in precedenza. Sulla Terra, invece, questo composto, formato da un atomo di silicio e due di ossigeno, è praticamente onnipresente: allo stato puro nella sabbia e in grandi quantità in tutte le rocce vulcaniche, come basalto, andesite e granito, che contengono fino al 75% di biossido di silicio. “I nostri risultati suggeriscono che le rocce vulcaniche su Mercurio si siano formate da materiale del mantello che si è fuso a profondità maggiori di quanto si credesse in precedenza“, ha affermato Christian Renggli, autore principale del nuovo studio e responsabile del gruppo di ricerca “Experimental Laboratory Magma Ocean” presso l’MPS.
Il biossido di silicio si accumula gradualmente nel mantello fuso di un pianeta giovane, ovvero nello strato sottostante la crosta solidificata. Questo accade perché, con il raffreddamento del mantello, le prime rocce che si formano estraggono una quantità relativamente piccola di biossido di silicio dal magma fuso. La lava incandescente che risale in superficie, quindi, si arricchisce progressivamente di biossido di silicio nel corso del tempo. Se questo composto è presente in piccole quantità sulla superficie, indica temperature elevate all’interno del pianeta È anche possibile che Mercurio un tempo avesse più biossido di silicio nella sua crosta, ma che abbia gradualmente perso ossigeno.
Da minuscole perline di vetro a una mappa della Luna…
È difficile fare affermazioni sulla composizione superficiale di Mercurio. Nessun lander è mai atterrato sulla sua superficie; non esistono campioni di roccia provenienti da lì. I ricercatori non hanno quindi altra scelta che dedurne la composizione dai dati di telerilevamento, ovvero da telescopi terrestri o da sonde spaziali. La radiazione infrarossa proveniente dalla superficie di Mercurio contiene informazioni rivelatrici a questo riguardo.
Per rendere utilizzabili i dati delle misurazioni a infrarossi, i ricercatori si sono recati in laboratorio. Lì, hanno prodotto minuscole perline di vetro – di circa mezzo millimetro di diametro – con proporzioni di biossido di silicio definite con precisione e ne hanno determinato le proprietà esatte della radiazione infrarossa. “Le perline di vetro svolgono una funzione simile a quella dei pesi di calibrazione su una bilancia”, spiega Iris Weber dell’Università di Münster. “Il loro peso è noto con precisione. Ci permettono quindi di interpretare correttamente la bilancia. Allo stesso modo, le perline di vetro ci consentono di trarre le giuste conclusioni dalle proprietà della radiazione infrarossa”.
Per avere la massima certezza, il team ha testato la relazione di calibrazione appena scoperta tra il contenuto di biossido di silicio e la radiazione infrarossa in una seconda fase su un oggetto naturale, e significativamente più grande: la Luna. Le condizioni sono ideali per questo: il Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA orbita attorno alla Luna dal 2009 e ha misurato la radiazione infrarossa emessa dalla sua superficie con un’elevata risoluzione spaziale. Da questi dati, i ricercatori sono stati in grado di creare la prima mappa completa del contenuto di biossido di silicio sulla superficie lunare. Campioni di roccia riportati sulla Terra da diverse regioni della superficie lunare, nell’ambito di missioni con equipaggio e senza equipaggio, hanno permesso di verificare i risultati. “La Luna è una sorta di pietra di paragone per noi, e un importante passo concettuale nel nostro percorso verso Mercurio“, ha affermato Renggli.
…e poi verso Mercurio
Solo dopo aver superato con successo il “test lunare”, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione ai dati infrarossi provenienti da Mercurio, nella terza e ultima fase della loro indagine. Tali dati sono stati raccolti, ad esempio, presso il telescopio Bok dell’Osservatorio Steward in Arizona.
Il team spera ora di confermare il basso contenuto di biossido di silicio sulla superficie di Mercurio utilizzando i dati della missione BepiColombo dell’ESA. A novembre di quest’anno, la sonda, composta da due sonde separabili fornite rispettivamente dall’ESA e dalla JAXA, dovrebbe entrare in orbita attorno al piccolo pianeta. La prima fase di questo processo, ovvero la separazione delle due sonde dal modulo di trasporto, è prevista per giovedì 3 settembre 2026. Lo strumento MERTIS di BepiColombo, sviluppato e costruito sotto la guida del DLR in collaborazione con l’Istituto di Planetologia dell’Università di Münster, registrerà quindi dati infrarossi significativamente più precisi e ad alta risoluzione. “Il nostro studio getta le basi per ricavare dalle misurazioni di BepiColombo le informazioni più accurate possibili sul contenuto di biossido di silicio sulla superficie di Mercurio”, ha affermato Renggli.