De rotatie van Mercurius en in het bijzonder de resonantie spin-baan en de libraties worden bestudeerd door de Konlijke Sterrenwacht van België (KSB). De kennis over deze fenomenen en hun waarnemingen zullen enkele vragen over Mercurius kunnen oplossen, zoals bijvoorbeeld « Hoe is zijn interne structuur? ».


De revolutie van Mercurius rond de zon duurt 87,969 aardse dagen. De periode van een dagelijkse rotatie bedraagt 58,646 aardse dagen. Deze periode is exact gelijk aan 2/3 van de revolutie van Mercurius rond de zon. Mercurius draait drie maal rond haar as terwijl ze twee maal rond de zon draait, dit noemt men een resonantie spin-baan 3/2. Mercurius is de enige planeet in asynchrone resonantie (d.w.z. in een verhouding van gehelen dat niet gelijk is aan 1/1). In 1889, bevestigt Schiaparelli dat de dagelijkse rotatieperiode 87,969 aardse dagen bedraagt. Na meerdere jaren Mercurius te hebben geobserveerd, had hij gemerkt dat deze planeet steeds dezelfde kant aan de zon toonde, zoals de Maan met de Aarde. Hij besloot hieruit dat Mercurius gesynchroniseerd was met de zon. Deze foute conclusie is te wijten aan het feit dat telkens wanneer Mercurius zich in een gunstige positie bevond om geobserveerd te worden, ze dezelfde kant toonde ; dit is het geval voor de resonantie 3/2, maar het zou ook het geval zijn als Mercurius helemaal gesynchroniseerd was met de zon. Deze waarnemingsfout is te wijten aan de 6:4:3 resonantie tussen de synodische, orbitale en rotatieperiodes van Mercurius. In de jaren 60, begon men Mercurius te observeren met radars; de temperaturen aan de kant van de planeet, waarvan men dacht dat die zich altijd in de schaduw bevond, waren veel te hoog om nooit blootgesteld geweest te zijn aan de Zon. In 1975, zorgde het ruimtetuig Mariner 10 voor een grotere nauwkeurigheid door de dagelijke rotatieperiode van 58,646 aardse dagen te meten.

De libraties

De libraties van Mercurius zijn kleine regelmatige schommelingen van Mercurius rond zijn rotatieas. Deze schommelingen zijn grotendeels de wijten aan de afplatting, de eigen rotatie en aan de excentriciteit van de baan van Mercurius. De wetten van Kepler tonen aan dat de snelheid van Mercurius varieert naargelang zijn positie op de baan: hoe korter de planeet zich bij de Zon bevindt, hoe groter zijn snelheid zal zijn. In het geval van Mercurius, is de excentriciteit groot en zijn er dus belangrijke variaties in zijn snelheid tijdens zijn revolutie rond de Zon. De evenaarshobbel is niet altijd gericht in de richting van de Zon, wat een kracht van herstel en libraties veroorzaakt. De belangrijkste libratie van Mercurius is de periode die gelijk is aan 88 dagen. Zijn amplitude bedraagt ongeveer 35 boogseconden wat overeenkomt met een verplaatsing van 400 meter aan het oppervlak aan de evenaar.

Er bestaan ook andere type libraties: de vrije libraties en de gedwongen libraties die veroorzaakt worden door de aanwezigheid van Venus en Jupiter. De studie van de amplitude van libraties is zeer interessant aangezien ze afhangt van de toestand van de kern. Deze afhankelijkheid werd ontdekt door Peale, in 1976. Sindsdien 2007 worden de libraties gemeten door de ploeg van Jean-Luc Margot en het tuig BepiColombo zal deze met een nog grotere nauwkeurigheid meten. Visualiseer dit fenomeen.

De libraties van Mercurius

Het experiment van Peale

Paele ontdekte in 1976 een formule die informatie leverde over de interne structuur van Mercurius vanuit de metingen van bepaalde karakteristieken van Mercurius (parameters C₂₀ et C₂₂, die het gravitatieveld, de obliquiteit en de amplitude van de libraties beschrijven). Deze formule biedt de mogelijkheid om de waarden van het traagheidsmoment van de planeet te berekenen : A, B, C et C_m.
Meer gedetailleerde definities van die parameters :

• De obliquiteit is de hoek tussen de rotatieas van Mercurius en de loodrechte op zijn baanvlak
• De amplitude van de libratie is de grootte van de schommeling van Mercurius rond zijn rotatieas
• C₂₀ en C₂₂ zijn de parameters die het gravitatieveld karakteriseren ; zij meten de verdeling van massa's in Mercurius en de afplatting van Mercurius in alle richtingen (evenaarsafplatting en polaire afplatting) ; hoe groter hun absolute waarde is, hoe meer de planeet afgeplat is.
• A, B en C zijn de traagheidsmomenten van de planeet. C_m is het polair traagheidsmoment van de mantel, C_kern is het polair traagheidsmoment van de kern en C is het traagheidmoment van de hele planeet, met C de som van C_m en C_kern .

Als de kern vloeibaar is zal C_m/C 0,5 bedragen en als die vast is zal C_m/C 1 bedragen. Aan de hand van de formule van Paele kunnen we de waarde van C_m/C bepalen.

Andere formules bieden ons de mogelijkheid om te experimenteren met A, B et C in functie van C₂₀, C₂₂ en de amplitude van de libratie.

f(e) is dus een functie van baan excentriciteit van Mercurius
φ is de amplitude van de libraties
ε is de amplitude van de obliquiteit

Het experiment MORE (Mercury Orbiter Radioscience Experiment) van BepiColombo zal zeer nauwkeurig de waarde van C₂₀, C₂₂ meten. De amplitude van de libratie en de obliqiteit zullen afgeleidn worden van het geodetisch experiment MORE, samen met het gebruik van de camera en de "startracker" die de mogelijkheid zullen bieden om zich te oriënteren ten opzichte van de sterren. Het experiment van Paele zal met zekerheid de toestand van de kern onthullen.

Radar waarnemingen In 2007, hebben Jean-Luc-Margot en zijn ploeg de libratie van Mercurius bestudeerd en hebben deze waargenomen aan de hand van radars. De onderzoekers gebruiken grote telescopen om de variaties in de dagelijkse rotatiebeweging van Mercurius te meten. Ze sturen een krachtig radarsignaal vanuit de Aarde, waarvan ze de echo terug ontvangen met twee telescopen. Ze meten de tijd tussen het ontvangst van de signalen op twee verschillende plaatsen. Deze techniek (Radar Speckle Displacement Interferometry RSDI) biedt hun de mogelijkheid om de rotatie van Mercurius en zijn obliqiteit te meten : 126,6 boogseconden ± 6 boogseconden en zijn amplitude van de libratie : 35 boogseconden ± 2 boogseconden. De amplitude van de libratie is twee maal groter dan wat men verwacht had voor een vast lichaam. De gemeten waarde kan wel kloppen voor een planeet met een vloeibare kern, aangezien die niet gedwongen is om de vaste mantel te volgen in zijn rotatie. Een kleine planeet zoals Mercurius zou snel afgekoeld moeten zijn, de kern zou al lang geleden bevroren moeten zijn.

Het experiment van Jean-Luc-Margot (krediet: http://www.news.cornell.edu /stories/May07/margot.mercury.html en NASA)

Om een vloeibare kern gedurende miljarden jaren te onderhouden, moet er een licht element zoals zwavel aanwezg zijn, bij het mengsel van ijzer, waaruit de kern is samengesteld. Deze mix verlaagt de stollingstemperatuur van de kern ten opzichte van de kern die samengesteld is uit puur ijzer. De kern kan dus langer vloeibaar blijven dan wanneer hij uit puur ijzer bestaat. Jean-Luc Margot besluit uit zijn waarnemingen dat men met 90% zekerheid kan zeggen dat Mercurius een vloeibare kern heeft.