Merkur

Den Menschen ist Merkur schon seit dem Altertum bekannt, da man ihn mit bloßem Auge beobachten kann. Allerdings ist er in unseren Breiten nicht so leicht zu sehen, da er sich immer dicht bei der Sonne aufhält. Nur kurz vor Sonnenaufgang oder kurz nach Sonnenuntergang zeigt er sich zu besonderen Zeiten dicht über dem jeweiligen Horizont. Trotz seiner geringen Größe, kann er, ähnlich wie der Mars, doch recht hell leuchten.

Lange Zeit war nur sehr wenig über den Merkur bekannt und selbst nach der Erfindung des Fernrohrs im 17. Jahrhundert ließ sich nur schwer etwas herausfinden. Trotzdem war schon früh klar, dass er wegen seiner großen Nähe zur Sonne, sehr heiß sein musste. Dank der Teleskope im 17. Jahrhundert entdeckte man auch seine Phasengestalt.

Im antiken Griechenland war der Merkur aufgrund seiner kurzen Sichtbarkeit und seiner scheinbar schnellen Wanderung über den Himmel ein Symbol für den Götterboten Hermes, den Schutzpatron der Händler und Diebe. Die Römer übernahmen Hermes später als Mercurius (für mercari → Handel treiben)

Sein astronomisches Symbol ist ☿ und zeigt Merkurs Flügelhelm und Hermesstab.

Als sonnennächster Planet vollzieht er einen Umlauf in nur 87 Tage, 23 Stunden, 15 Minuten und 22 Sekunden mit der halsbrecherischen Sekundengeschwindigkeit von 50 Kilometern - das macht ihm zum schnellsten Planeten. somit hat er das kürzeste Planetenjahr im Sonnensystem.

Merkurs Perihel, also sonnennächster Punkt seiner Bahn, liegt bei etwa 46.000.000 Kilometern (0,307 Astronomische Einheiten) Entfernung. Das Aphel hingegen, ist der sonnenfernste Punkt, und ist 69.815.000 Kilometer (0,447 Astronomische Einheiten) von der Sonne entfernt. Damit hat der Merkur eine Exzentrizität (Abweichung eines perfekten Kreises) von 0,20563593, was für eine sehr elliptische Umlaufbahn spricht. Vielleicht könnte dies die Entstehung des Caloris-Beckens zusammenhängen.

Irgendwann soll ein gigantischer Asteroid mit Merkur kollidiert sein. Er hinterließ die riesige Narbe und könnte auch für den elliptischen Orbit verantwortlich sein.

Bild: NASA/JPL/JHUAPL/CIW [Quelle] (Bild wurde verändert)

Nach jeder Umrundung der Sonne, wandert die Merkurbahn ein wenig weiter. So entsteht nach einiger Zeit ein "Blumenmuster". Erst mit Einsteins Relativitätstheorie lies sich diese Bahn genau berechnen. Darum gilt Merkurs rosettenförmiger "Sonnentanz" als ein erster Beleg für ihre Richtigkeit.

Wegen einer komplexen Schwerkraftwirkung zwischen der Sonne und den anderen Planeten, tritt bei dem Merkur der Effekt der Periheldrehung. Sein Perihel, also der Punkt, an der die Sonne ihm am nächsten ist, wandert in kleinen Schritten langsam um die Sonne. Für eine ganze Drehung des Perihels, braucht der Merkur beachtliche 225.000 Jahre.

Merkur hat, im Vergleich zu allen anderen Planeten, mit seiner um 0,034° geneigten, die am wenigsten geneigte Achse. Genau zwischen Sonne und Erde zu stehen gelingt ihm deshalb selten. Dies geschieht im Mittel etwa 13 Mal im Jahrhundert - die Rede ist vom Merkurtransit.

Bild: Mondlexikon

Der Merkur hat einen sehr verwirrenden Kalender: Ein Tag, also von Sonnenaufgang bis Sonnenaufgang, ist zweimal so lang wie ein Merkurjahr.

Der Merkur dreht sich extrem langsam um seine eigene Achse (in 58 Tagen), während er sich sehr schnell auf seiner Umlaufbahn bewegt. Er dreht sich dreimal um sich, während er die Sonne zweimal umrundet.

Das Ergebnis - ein Merkurtag, von Sonnenaufgang bis Sonnenaufgang, dauert knapp 176 Tage.  Von der Planetenoberfläche aus beobachtet verkleinert sich die Sonne während des langen Merkurtages - der Grund ist die unterschiedliche Entfernung des Planeten zur Sonne wegen seines stark elliptischen Orbits.

Da Merkur viel näher an der Sonne als die Erde steht, erscheint die Sonne vom Merkur aus gesehen, mehr als doppelt so groß. Wegen seiner schwachen Atmosphäre, die nur sehr wenige Gase von kleinen Mengen besitzt, erscheint der Himmel sogar am Tag stockdunkel.

Bild: Mondlexikon

Im späten 19. Jahrhundert behauptet der italienische Astronom Giovanni Schiaparelli (1835 – 1910), dass der Merkur für das Rotieren um seine Achse genauso viel Zeit benötige wie für das Umkreisen um die Sonne, nämlich etwa 88 Tage. Somit würde er ihr immer nur eine Seite zuwenden, ebenso wie der Mond der Erde. Dies erwies sich jedoch falsch, weil die Rückseite des Merkur zu warm war, als das dort ewige Dunkelheit herrschen würde. Doch die Rotation in knapp 59 Tagen, spricht trotzdem für lange Nachtzeiten. Der Mythos hielt sich bis in die 1960er Jahre, bevor man noch keine Radarmessungen unternahm.

Die neue Bestimmung der Rotation hatte auch zur Folge, dass die alten Merkurkarten entsprechend umgezeichnet werden mussten. Da man ja der Meinung war, dass er der Erde immer nur die gleiche Zeit zuwenden würde, wurden alle gesichteten Einzelheiten zu einer Halbkugel zugeordnet.

Bild: Eugène Michel Antoniadi, Mercure Mercure La Planète, 1934/planetarymapping.org [Quelle] (Bild wurde verändert)

Zuerst einmal gibt es auf dem Merkur keine Atmosphäre und natürlich keine Luft. Der Himmel sieht daher trotz der Sonne am Tag wie in der Nacht schwarz aus. Ein paar Ansammlungen von Gasen, wie z. B. Helium, gibt es, jedoch nur in sehr geringen Mengen. Der Merkur hat eine sehr elliptische Bahn. Wenn er sich der Sonne nähert, beschleunigt er, und wird auf seiner Bahn immer schneller - wenn er sich von ihr entfernt, dann bremst er ab und wird langsamer. Das ruft einen bizarren Effekt aus: Die Sonne geht zweimal auf, wenn der Planet ihr am nächsten ist. Am buckeligen, mit Krater übersäten und fast farblosen Horizont, geht die Sonne auf. Plötzlich bleibt sie stehen, kehrt wieder um, und geht noch einmal auf.

Vom Merkur aus gesehen, verkleinert sich die Sonne, während des langen Merkurtages. Der Grund ist die Unterschiedliche Entfernung zu ihr. Da Merkur viel, viel näher an der Sonne ist als die Erde, erhält er zehnmal so viele Sonnenstrahlen. Die Sonnenstrahlen können ungehindert auf die trockene und staubige Oberfläche dringen.

Bild: NASA/JHUAPL/CIW [Quelle]

Die Temperaturen betragen am Tag bis zu etwa +430 °C und in der Nacht -170 °C. Ähnlich wie auf dem Mond sinken die Temperaturen bereits mit dem Niedersteigen der Sonne zum Horizont ab. Nachdem es unerträglich heiß war, dürften es für einen Menschen angenehm wirken, bis irgendwann die Temperaturen zu tief gehen.

Über die Merkuroberfläche gibt vielleicht am deutlichsten die Rückstrahlfähigkeit (Albedo) der Sonnenstrahlen Aufschluss: Nur etwa 6 % der auftreffenden Sonnenstrahlen werden wieder reflektiert. Das ist sogar noch eine etwas geringere Albedo als beim Mond. Die Gesteine an der Merkuroberfläche werden also außerordentlich dunkel sein und ähnliche Eigenschaften aufweisen wie die Mondgesteine, die die Astronauten vom Mond auf die Erde brachten.

Ein Astronaut könnte sich viel leichter auf Merkur bewegen, weil seine Schwerkraft geringer ist - ein 80 kg schwerer Mensch würde auf ihm nur 30 kg auf die Waage bringen (Gewicht × 0,37)!

Bild: NASA/JHUAPL/CIW/Bill Dunford [Quelle]

Warum der Merkur jetzt einen so großen Kern besitzt, könnte mehrere Gründe haben: Einige Wissenschaftler vermuten, dass es einmal einen großen Zusammenstoß gegeben haben soll. Der Merkur sei viel größer gewesen und hätte zudem noch eine Atmosphäre besessen. Dieser Zusammenstoß soll einen großen Teil seiner Kruste weggesprengt haben.

Was dagegen spricht, ist seine fast gar nicht geneigte Achse. Bei einem Zusammenstoß dieser Art hätte er heute eine stärkere geneigte Achse. Doch der Zusammenstoß hätte auch seine praktischen Gründe: So könnte man sich seine elliptische Bahn und das riesige Caloris-Becken, das von einem 100 km großen Gesteinsbrocken verursacht wurde, erklären.

Bild: NASA/JHUAPL/CIW [Quelle] (Bild wurde verändert)

Ewiges Bleigießen

Der Merkur besitzt, auch wie unser Mond, neben kleinen Mengen von Gas, praktisch keine Atmosphäre. So kann die Wärme, die tagsüber in Form von Licht auf den Merkur trifft, nicht in einer Atmosphäre, wie bei uns auf der Erde, gespeichert werden, sondern wird zurück in den Weltraum reflektiert. Nachts steigen die Temperaturen deswegen von +427 °C auf -173 °C. Die Temperaturschwankung von 600 °C ist die größte in unserem ganzen Sonnensystem!

Diese hohe Tagestemperatur, bei der schon Metalle wie etwa Blei, Zink oder Zinn schmelzen, wird nur erreicht, wenn sich der Merkur in seiner stark elliptischen Umlaufbahn der Sonne am nächsten angenähert hat und wenn der Punkt senkrecht von den Sonnenstrahlen getroffen wird, ähnlich wie in Afrika, wo die Sonne meistens direkt über den Füßen, nämlich im Zenit, steht.

Merkur besitzt außerdem ein Magnetfeld, das aber 100-mal schwächer als das der Erde ist. Das könnte damit zusammenhängen, dass sich Merkur langsamer um seine Achse dreht.

Bild: NASA/JHUAPL/CIW [Quelle]

Auf den ersten Blick zeigt Merkur eine große Ähnlichkeit mit unserem Mond. Wie er, ist Merkur eine mit Kratern und Lavaebenen übersäte Steinwüste. Die graue Oberfläche ist von einer Vielzahl an Kratern übersät und einige Tiefebenen erinnern an die Maria "Meere" unseres Mondes.

Die größten Krater kommen auf einen Durchmesser von mehreren hundert Kilometern. Besonders auffallend ist Caloris Planitia, ein Becken mit 1.550 Kilometern Größe. Es soll mit dem Einschlag von einem 100 bis 150 Kilometer großen Gesteinsbrocken entstanden sein.

Die Merkurkrater erhielten Namen nach Künstlern, wie z. B. Shakespeare, Dürer, Homer, Mozart oder Bach. Rembrandt und Beethoven sind, nach dem Caloris-Becken, die größten Ringformationen auf dem Planeten. Wie beim Mond erkennt man beim Merkur jüngere Krater daran, dass sie das Zentrum eines hellen Strahlenkranzes bilden.

Bild: NASA/JHUAPL/CIW [Quelle] (Bild wurde verändert)

Irgendwann mal, soll es sogar aktive Vulkane gegeben haben, doch diese sind heute nicht mehr tätig. Es lassen sich Ausbruchsstellen finden, an denen offenbar gasreiche Lava austrat und dabei in Feuerfontänen ausgeworfen wurden. Derartige Strukturen sind aber vom Erdmond nicht bekannt.

Die Becken und Regionen, mit wenigen Kratern, deuten auf eine jüngere Oberfläche, geformt von Lava in einer vulkanischen Epoche.

Meteore sollen eingeschlagen sein und Druckwellen erzeugt haben, die sich durch den Kern bis in an die Oberfläche ausgebreitet haben. Die Druckwellen verformten die Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite des Einschlags. Das Gebiet auf der dem Caloris-Becken gegenüberliegenden Seite ist von Bruchlinien, Rissen und Tiefebenen geprägt.

Bild: NASA/JHUAPL/CIW [Quelle]

Bemerkenswert sind auch die faltigen und gefurchten Ebenen, welche fast die gesamte Planetenoberfläche überziehen. Anfangs war der Merkur heißer und rotierte schneller. Bei abnehmender Rotationsgeschwindigkeit bildeten sich solche Falten. Sie verraten, dass der Merkur einmal abkühlte und dabei, ähnlich wie ein trockener Apfel, um mehrere Kilometer schrumpfte. Es entstanden riesige Grate, als sich die Kruste über dem schrumpfenden Inneren aufwarf.

Neueste Untersuchungen von MESSENGER gehen davon aus, dass der Durchmesser zwischen 6 und 14 Kilometer abgenommen hat. Solche Indizien sind nur vom Merkur bekannt.

Da der Merkur ja keine Kontinentalplatten besitzt, sondern eine durchgehende feste Oberfläche, hat der Schrumpfprozess charakteristische Spuren wie gebogene, kliffartige Steilwände hinterlassen. Dieser Prozess dauert bis heute an. Der Merkur wird dementsprechend immer weiter schrumpfen.

Online Merkur-Globus

Bild: NASA/JHUAPL/CIW/Bill Dunford [Quelle]

Caloris Planitia ist mit 1.550 Kilometern Durchmesser die größte Formation auf der Merkur-Oberfläche. Es entstand, als ein Objekt von 100 Kilometern Durchmesser mit einer Stundengeschwindigkeit von etwa 515.000 Kilometern auf dem Planeten einschlug. Dabei floss geschmolzenes Material aus der aufgerissenen Merkur-Oberfläche und bildete viele konzentrische Ringe, also Ringe verschiedener Größte aber mit gleichem Mittelpunkt. Das Caloris-Becken wird vom Ring des Caloris Montes umgeben.

Heute sieht das Becken wie ein Bullauge aus und ist eine einzige leblose Wüste. Seinen Boden durchziehen Kämme, Risse und andere, jüngere Krater. Im Zentrum von des Beckens befindet das sogenannte Pantheon Fossae, ein Strahlengebilden mit einem größeren Krater namens Apollodorus nahe dem Ausgangspunkt. Wegen ihrer charakteristischen Strahlen, die in alle Richtungen verlaufen, wird es liebevoll "The Spider", zu deutsch "Die Spinne", genannt.

Die Sonnenseite des Merkurs wird besonders am Äquator warm, weil dort die Sonne am intensivsten scheint. Das Caloris-Becken liegt in dieser Gegend - Calor ist das lateinische Wort für Wärme. Planitiae werden jedoch auf dem Merkur in der Regel nach Namen für den Planeten oder Gott Merkur in verschiedenen Sprachen benannt.

Bild: NASA/JPL/JHUAPL/CIW [Quelle]

Beethoven ist der zweitgrößte Krater auf dem Merkur. Der Kraterboden, mit 630 km Durchmesser, ist mit vulkanischen Material gefüllt und wurde später von einem Meteoriten bombardiert. Er wurde nach dem deutschen Komponisten Ludwig van Beethoven benannt.

Der Wall der den Krater umgibt, wird Duyfken Rupes genannt. Im Krater, schon fast in einer Ebene, lassen sich verschiedene kleinere Krater ausmachen:

Rechts der Bildmitte gelegen, breitet sich der 139 Kilometer große Krater Bello aus. In der Mitte von Beethoven befindet sich ein namenloser Krater. Unten am Kraterrand lässt sich der 146 Kilometer große Krater Sayat-Nova ausmachen. Bemerkenswert  ist der auch namenlose, linsenförmige Krater zwischen Bello und Sayat-Nova. Er ist nicht wie gewöhnlich rund, sondern hat eine besondere Form.

Bis zum Vorbeiflug von MESSENGER an Merkur, galt Beethoven als größter Krater und zweitgrößte Oberflächenformation, nach dem Caloris-Becken, von dem nur eine Hälfte kartografisch erfasst wurde.

Bild: NASA/JPL/JHUAPL/CIW [Quelle] (Bild wurde verändert)

Der bis zu 2 km in die Höhe ragender Discovery Rupes ist ein riesiger Bergrücken, der sich etwa 650 km über die Merkuroberfläche erstreckt. Bislang fand man 16 solcher Erscheinungen, 8 davon liegen im Südosten des Planeten.

Erstmals wurde Discovery Rupes von Mariner 10 aufgefunden und fotografiert. Der riesige Grat soll durch das ständige Schrumpfen entstanden sein, als der Kern von Merkur sich immer weiter abkühlte. Die lange Bergkette durchschneidet den Krater Rameau in zwei Hälften, der auch auf dem Bild zu sehen ist. Ein anderer, kleinerer Krater am oberen Bildrand wird von Discovery Rupes auch durchzogen, er ist jedoch noch namenlos.

Bild: NASA/JHUAPL/CIW [Quelle]

Lange Zeit war der Merkur der geheimnisvollste Planet. Die Erkundung des Merkur lies bis 1974 auf sich warten. Weil das Hubble-Weltraumteleskop die Merkuroberfläche nicht aufnehmen konnte, weswegen sonst die Sonnenstrahlen die empfindlichen Instrumente beschädigen könnten, musste eine Raumsonde her. Mit Sonnenschutzschildern machte sich Mariner 10, als erste Merkur-Sonde, auf den Weg.

Davor gab es bereits Schätzungen seines Durchmessers und seiner Dichte. Er war eigentlich der letzte Planet, der einer Sonde brauchte, da es schon längst Planungen für einen Besuch der äußeren Planeten gab.

Auf vielen Bildern von Mariner 10 wirkt der Merkur hellbraun, doch dem ist nicht so. Da die Qualität der Bilder auch so schlecht war, wurde er einfach gefärbt, um die Details der, bisher unbekannten, Oberfläche besser zu erkennen.

Die Bilder mussten auch natürlich aus ihrem Ursprungsformat konvertiert werden und durch ungünstige Einstellungen kann ein falscher Farbraum entstehen.

Mariner 10 flog genau im richtigen Moment an der Venus vorbei und erreichte seine Umlaufbahn um die Sonne so exakt, dass er dreimal am Merkur vorbeiflog. So kam Mariner 10 schneller an ihr Ziel und konnte nebenbei den Swing-by testen und Fotos der Venus machen.

Bild: NASA/R. Nunes [Quelle]

Mariner 10 war etwa 50 Zentimeter groß und ca. 1 Meter breit. Sie wurde im November 1973 am Cape Canaveral in Florida gestartet. Damals waren starke Raketen, die den Orbit der Erde verlassen würden und dazu noch in einer andere Umlaufbahn einschwenken, sehr teuer und kostspielig. 

Bei der Raumsonde kam jedoch das erste Mal eine neue Methode zum Einsatz: Bei ihrer Reise zum Merkur nutze sie die Gravitationsanziehung eines Planeten, in dem Fall der Venus, um einen Swing-by durchzuführen.

Neben der Beschleunigung der Sonde hatte das einen ganz einfachen Grund: Für die zukünftigen Voyager- und Pioneer-Missionen wollte man damals beobachten, wie es sich auf die Sonde ausübt, da diese dann an den großen Gasplaneten Swing-bys erfolgen würden.

Bild: NASA/JPL [Quelle] (Bild wurde verändert)

In der Sonde waren Instrumente eingebaut, mit denen die Intensität der magnetischen Energie gemessen werden konnte, und Teleskope, die ultraviolette Strahlung "sehen" konnten. Die Sonde flog im März und im September 1974 und erneut im März 1975 am Merkur vorbei. Zusammen konnten die drei Vorbeiflüge knapp die Hälfte der Planetenhälfte abdecken.

Eine Überraschung war die Entdeckung eines Magnetfeldes auf Merkur durch Mariner 10, denn bisher hatte man angenommen, dass der Planet zu langsam rotiert, als dass sich ein Magnetfeld bilden könnte. 

Doch weil der Merkur ja zu langsam rotiert, könnte nur ein großer Kern beim Merkur verantwortlich sein.

Die Sonde flog auch an der Venus vorbei, aber die unwirtliche Kraterwelt von Merkur war immer noch ihre aufregendste Entdeckung.

Sie schoss über 8000 Bilder. Doch sie konnte insgesamt nur eine Hälfte des Merkur fotografieren. Bis MESSENGER blieb die anderer Seite unerforscht.

Bild: NASA/R. Nunes [Quelle] (Bild wurde verändert)

MESSENGER, Orbit 2008-2015

BepiColombo, Orbit 2021-2027