Immagina di vivere su un pianeta dove il Sole sorge, si muove a una velocità glaciale attraverso il cielo, e non tramonta per mesi interi — e poi la stessa cosa accade di nuovo prima che il tuo anno del calendario sia finito. Questa è la vita quotidiana su Mercurio. Un giorno solare, misurato da alba ad alba, dura 176 giorni terrestri. Il suo anno — un'orbita completa attorno al Sole — è solo di 87,969 giorni. Mercurio riesce a sorpassare se stesso.
È facile presumere che il pianeta più vicino al Sole debba essere il più semplice. Non ha lune, non ha anelli, e ha appena un'atmosfera. Ma Mercurio è uno degli oggetti più fisicamente sorprendenti del Sistema Solare: un pianeta con un nucleo che lo domina in un modo che niente altro nel nostro vicinato, un campo magnetico che non dovrebbe avere, e un'orbita che una volta ha confuso ogni fisico sulla Terra finché Albert Einstein non è arrivato.
Ci sono stati solo due visitatori robotici in tutta la storia umana, con un terzo attualmente in rotta. Raggiungerlo è — per una misura — più difficile che raggiungere qualsiasi altro pianeta. Quello che quelle missioni hanno trovato continua a riscrivere i libri di testo.
Un Anno che Potresti Superare Due Volte in Un Giorno
La strana relazione di Mercurio con il tempo proviene da una risonanza spin-orbita 3:2: il pianeta ruota esattamente 3 volte sul suo asse per ogni 2 orbite attorno al Sole. Il risultato è che un giorno solare — il tempo tra due albe nello stesso posto — è pari a 176 giorni terrestri, il doppio dell'anno orbitale di Mercurio di 87,969 giorni.
Questo produce anche uno degli spettacoli più strani del Sistema Solare. Perché Mercurio si muove più velocemente lungo la sua orbita ellittica quando è più vicino al Sole, la sua velocità orbitale brevemente sorpassa la sua velocità di rotazione. Per un osservatore in piedi sull'equatore di Mercurio alla giusta longitudine, il Sole sembrerebbe sorgere, rallentare, invertire brevemente la direzione, e poi riprendere il suo lento cammino verso ovest — uno spettacolo che accade vicino a ogni passaggio del perielio.
L'asse di Mercurio è inclinato solo 2 gradi rispetto al piano della sua orbita — praticamente verticale. Non ci sono stagioni su Mercurio, nessuna affatto, perché nessuno dei poli si inclina mai in modo significativo verso o lontano dal Sole.
Il Gigante di Ferro in un Piccolo Abito
Per il pianeta più piccolo del Sistema Solare — raggio equatoriale 2.439,7 km — Mercurio ha un nucleo sorprendentemente sovradimensionato. Quel nucleo occupa circa il 57% del volume di Mercurio. Il nucleo terrestre occupa solo il 17%.
I numeri di densità rendono il quadro ancora più evidente. Mercurio è il secondo pianeta più denso del Sistema Solare, a 5.427 g/cm³, solo leggermente dietro la Terra a 5.515 g/cm³. Ma la Terra è molto più grande, e la gravità comprime il suo stesso materiale. Rimuovi l'effetto di compressione da entrambi i pianeti e la densità non compressa di Mercurio di 5.3 g/cm³ in realtà supera la non compressa 4.4 g/cm³ della Terra. Il materiale di cui è fatto Mercurio è intrinsicamente più denso di quello di cui è fatta la Terra.
Perché Mercurio sia finito così ricco di ferro è uno dei misteri persistenti del pianeta. Quello che è chiaro è che il nucleo è almeno parzialmente fuso: le misurazioni radar basate sulla Terra della rotazione di Mercurio hanno rilevato un leggero movimento oscillante che solo un interno liquido può produrre, e il ferro "neve" che cristallizza in profondità potrebbe essere quello che mantiene vivo il campo magnetico di Mercurio.
Un'Orbita che Ha Tenuto Svegli gli Scienziati
Mercurio ha l'orbita più eccentrica di tutti i pianeti del Sistema Solare: eccentricità 0,21, con la sua distanza dal Sole che varia da 46.000.000 km al più vicino a 70.000.000 km al più lontano. Nessun'altra orbita planetaria è così a forma di uovo.
Quella eccentricità ha alimentato uno dei più lunghi problemi irrisolti dell'astronomia. Gli astronomi hanno notato che l'orbita di Mercurio precede — l'orientamento della sua ellisse si è spostato — a una velocità che la gravità newtoniana non poteva completamente spiegare, nemmeno tenendo conto della trazione gravitazionale di ogni pianeta conosciuto. L'eccedenza inspiegata era minuscola: solo 42.980 arcosecondi per secolo.
La teoria generale della relatività di Einstein prediceva esattamente quella quantità di precessione extra, causata dalla curvatura dello spaziotempo vicino al Sole. La corrispondenza era quasi perfetta, e l'orbita di Mercurio divenne la prima prova osservativa che la relatività generale era corretta. Quella deriva di 42.980 arcosecondi richiede a Mercurio poco più di 3 milioni di anni per accumularsi in una rivoluzione extra completa della sua orbita — piccola, ma misurabile, e ha cambiato la fisica.
Abbastanza Caldo da Fondere il Piombo, Abbastanza Freddo da Conservare il Ghiaccio
Senza un'atmosfera per trattenere il calore, la temperatura superficiale di Mercurio oscilla tra estremi che nient'altro nel Sistema Solare interno corrisponde. Le temperature diurne raggiungono 430°C (800°F). Di notte, la stessa superficie scende a −180°C (−290°F). Il pianeta non ha modo di mantenere il calore una volta che il Sole tramonta.
Ecco la parte controintuitiva: Mercurio non è il pianeta più caldo. Nonostante sia il pianeta più vicino al Sole, quel titolo appartiene a Venere. L'atmosfera di anidride carbonica spessa di Venere agisce come una pentola a pressione planetaria, intrappolando il calore così efficacemente che la sua superficie rimane infuocata tutto il giorno. Mercurio è più caldo nel suo punto subpolare al perielio, ma non può mantenere quel calore.
L'inclinazione assiale di 2 gradi di Mercurio significa che i poli non ricevono mai la luce solare diretta. Le temperature lì non salgono mai sopra 180 K (−93 °C). Alcuni crateri vicino ai poli si trovano in ombra permanente, riparati dai loro stessi orli da qualsiasi esposizione solare diretta. Mercurio potrebbe avere ghiaccio d'acqua dentro quei crateri — abbastanza freddo, e abbastanza scuro, per averlo mantenuto per miliardi di anni.
Un Campo Magnetico che Non Dovrebbe Esistere
Quando il primo veicolo spaziale sorvolò Mercurio nel 1974, gli scienziati non si aspettavano di trovare un campo magnetico. Mercurio ruota una volta ogni 59 giorni terrestri — troppo lentamente, diceva la saggezza convenzionale, per sostenere una dinamo planetaria. Si sbagliavano.
Mercurio ha un campo magnetico significativo, apparentemente globale, che misura circa l'1,1% della forza della Terra. Il campo è un dipolo magnetico, orientato quasi lungo l'asse di rotazione di Mercurio — simile nella struttura al campo terrestre, solo molto più debole. È abbastanza forte da creare una vera magnetosfera, anche se una compatta: la cavità magnetosferica di Mercurio è circa 20 volte più piccola di quella della Terra.
La debolezza di quel campo ha una conseguenza inaspettata. La magnetosfera di Mercurio è estremamente "trafilata." Durante il secondo sorvolo di Messaggero di Mercurio nell'ottobre 2008, la sonda ha rilevato tornado magnetici intensi — tubi di flusso magnetico contorto dal vento solare — che incanalano plasma di vento solare veloce e caldo direttamente verso la superficie del pianeta. Sulla Terra, il campo magnetico è abbastanza forte da deviare quel plasma verso i poli. Su Mercurio, lo attraversa.
La Cicatrice che Ha Scosso l'Intero Pianeta
Un oggetto stimato di almeno 100 km ha colpito Mercurio una volta con una forza sufficiente a lasciare il Bacino Caloris, una cicatrice circolare di 1.550 km di diametro — circa un terzo del diametro del pianeta stesso. È uno dei bacini d'impatto più grandi del Sistema Solare.
Il nome è deliberato: "calor" è latino per calore. Perché lo spin e l'orbita di Mercurio sono bloccati in quella risonanza 3:2, il Sole pende quasi direttamente sopra il Bacino Caloris ogni seconda volta che Mercurio passa il perielio. Il bacino si trova in uno dei due punti più caldi sulla superficie del pianeta.
L'impatto ha fatto qualcosa di strano sul lato opposto del pianeta. Le onde d'urto dalla collisione Caloris hanno viaggiato intorno e attraverso Mercurio, convergendo nel punto antipodiale — il posto esattamente 180° lontano. L'energia concentrata ha deformato il terreno lì in una miscela caotica di colline e pianure distrutte. Due drammatiche forme del terreno, su lati opposti di un piccolo mondo, create da un singolo evento miliardi di anni fa.
Il Pianeta Più Difficile da Raggiungere
Mercurio è relativamente vicino alla Terra, e ancora — per una misura rigorosa — è il pianeta più difficile del Sistema Solare da raggiungere. Mercurio ha il delta-v più alto richiesto per i viaggi dalla Terra, più di qualsiasi altro pianeta, inclusi i pianeti esterni molto più distanti. La ragione è la geometria: un veicolo spaziale deve perdere una velocità enorme per cadere verso l'interno verso il Sole, e poi perderne ancora di più per evitare di volare dritto oltre Mercurio.
Mariner 10 ha risolto parte del problema nel 1974 utilizzando la gravità di Venere per rallentare — il primo veicolo spaziale mai utilizzato la tecnica di gravity assist. Quella manovra è ora uno strumento standard della navigazione interplanetaria, utilizzato da dozzine di missioni da allora. MESSENGER (2011–2015) ha affinato ulteriormente l'approccio, volando una volta attorno alla Terra e due volte attorno a Venere prima di effettuare tre sorvoli di Mercurio, ciascuno dispersione più velocità. Una volta in orbita, ha raccolto quasi 100.000 immagini e ha raggiunto il 100% della mappatura della superficie di Mercurio entro il 6 marzo 2013.
La prossima missione è già in rotta. BepiColombo, un progetto congiunto dell'Agenzia Spaziale Europea e dell'Agenzia Giapponese di Esplorazione Aerospaziale, è stata lanciata nell'ottobre 2018. Per raggiungere l'orbita di Mercurio ha bisogno di nove gravity assist, rallentando il veicolo spaziale ad ogni passaggio. Dopo un problema di spinta che ha ritardato il suo arrivo, BepiColombo dovrebbe ora entrare in orbita di Mercurio nel novembre 2026. Quando lo farà, due orbiter studieranno il pianeta insieme, mappando il suo campo magnetico e interno con strumenti che nessuna sonda precedente potrebbe portare.