Eine aktuelle Studie, die von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung sowie den Universitäten Münster und Göttingen durchgeführt wurde, hat neue Einblicke in die Zusammensetzung der Merkuroberfläche gegeben. Insbesondere wurde der Gehalt an Siliziumdioxid, einem wichtigen Bestandteil vulkanischer Gesteine, untersucht. Die Ergebnisse, die nun im Fachjournal „Planetary Research“ veröffentlicht wurden, legen nahe, dass die Kruste des Merkurs aus einem wesentlich stärker geschmolzenen Material entstanden ist als bisher angenommen. Dies könnte die vulkanische Geschichte des Planeten und seine heutige Form grundlegend beeinflussen.
Die Analyse zeigt, dass der Siliziumdioxid-Gehalt der Merkuroberfläche mit etwa 37 Prozent signifikant niedriger ist als die früheren Schätzungen, die bis zu 25 Prozent mehr Siliziumdioxid vorausgesagt hatten. Im Vergleich zur Erde, wo Siliziumdioxid in Form von Sand und in vielen Gesteinen wie Basalt und Granit weit verbreitet ist, weist Merkur ein überraschend geringes Vorkommen auf. Diese Erkenntnisse könnten darauf hindeuten, dass die vulkanischen Gesteine des Merkurs aus einer Mischung von Mantelmaterial entstanden sind, das weniger Siliziumdioxid enthält als erwartet.
Christian Renggli, der Erstautor der Studie, erklärt, dass Siliziumdioxid im geschmolzenen Mantel eines jungen Planeten anreicht. Dies geschieht, weil beim Abkühlen zuerst Gesteine entstehen, die der Schmelze relativ wenig Siliziumdioxid entziehen. Mit der Zeit wird die Lava, die an die Oberfläche gelangt, immer reicher an Siliziumdioxid. Ein niedriger Gehalt an Siliziumdioxid an der Oberfläche könnte somit auf extreme Temperaturen im Inneren des Merkurs hindeuten oder darauf, dass der Planet im Laufe der Zeit Sauerstoff verloren hat, was den Siliziumdioxid-Anteil verringert hat.
Die Herausforderung bei der Untersuchung der Merkuroberfläche liegt in der Tatsache, dass noch nie eine Landeeinheit den Planeten erreicht hat und somit keine Gesteinsproben vorliegen. Forschende sind daher auf Fernerkundungsdaten angewiesen, die sie durch Infrarotmessungen von Teleskopen auf der Erde oder von Raumsonden erhalten. Um diese Infrarotdaten für ihre Studie zu nutzen, haben die Wissenschaftler im Labor kleine Glaskügelchen mit genau definierten Siliziumdioxid-Anteilen hergestellt. Diese Kügelchen funktionieren ähnlich wie Eichgewichte und ermöglichen es, die Infrarotstrahlung korrekt zu interpretieren.
Im Rahmen der Studie wurde auch die Zusammensetzung der Mondoberfläche als Vergleich herangezogen. Die NASA-Raumsonde Lunar Reconnaissance Orbiter hat seit 2009 Infrarotmessungen des Mondes durchgeführt, die es den Forschenden ermöglichten, eine umfassende Karte des Siliziumdioxid-Gehalts zu erstellen. Diese Karten wurden dann mit Gesteinsproben, die während früherer Mondmissionen zurückgebracht wurden, validiert. Der Mond diente somit als Prüfstein für die Methoden und Ergebnisse, die schließlich auf Merkur angewendet wurden.
Die nächste Etappe in der Erforschung des Merkurs wird die Doppelraumsonde BepiColombo sein, die ein gemeinsames Projekt der europäischen und der japanischen Weltraumagenturen ESA und JAXA darstellt. Die Sonden werden im November in eine Umlaufbahn um Merkur einschwenken. Der Instrumentenaufbau MERTIS, der von deutschen und japanischen Institutionen entwickelt wurde, wird präzisere Infrarotdaten liefern, die den Wissenschaftlern helfen sollen, den Siliziumdioxid-Gehalt der Merkuroberfläche noch genauer zu bestimmen.
Die Erkenntnisse dieser neuen Studie sind nicht nur für das Verständnis der vulkanischen Vergangenheit des Merkurs von Bedeutung, sondern sie liefern auch wertvolle Informationen über die geologischen Prozesse, die zur Bildung der Planeten im inneren Sonnensystem beigetragen haben. Das Verständnis der Unterschiede zwischen der Erdkruste und der Kruste des Merkurs könnte letztlich dazu beitragen, die Entwicklungsgeschichte der terrestrischen Planeten besser zu verstehen.
