Mercurius is de planeet in het zonnestelsel met de kleinste en snelste baan om de zon. Hij is de kleinste van de acht planeten, nauwelijks groter dan de Maan.[1] Hij is net als de Aarde een terrestrische planeet, met een vast oppervlak dat lijkt op de Maan. Opmerkelijk is dat deze kleine planeet een sterk magnetisch veld vertoont. Manen heeft Mercurius niet.
Omdat hij zichtbaar is met het blote oog wisten de Assyriërs en voorheen de Sumeriërs al van zijn snelle omloop en associeerden ze hem met een snelle god. In de Romeinse mythologie gold dit ook en werd hij verbonden met de god Mercurius.
Karakteristieken
Zichtbaarheid
Als binnenplaneet staat Mercurius vanaf de Aarde gezien altijd dicht bij de zon, waar hij in de schemering met het blote oog te zien is. Hij valt echter veel minder op dan de heldere binnenplaneet Venus en als de lucht niet volkomen helder is, valt hij vaak weg door het directe zonlicht.
Baan
Van alle planeetbanen in het zonnestelsel is die van Mercurius het meest excentrisch (e = 0,21). De afstand tot de zon schommelt zo tussen 46 en 70 miljoen kilometer. Als gevolg van spin-baanresonantie is er een simpele verhouding tussen de omlooptijd en de aswenteling: 3:2. Deze verhouding blijft stabiel door de excentriciteit van de baan: tijdens het perihelium staat de zon vrijwel stil aan de Mercuriushemel. Dan is ook de getijdenwerking van de zon het sterkst. Vroeger dacht men dat de planeet steeds dezelfde zijde naar de zon keerde, dus dat de omlooptijd gelijk was aan de aswenteling, zoals bij de Maan.
Hoewel de banen van Mars en Venus dichter bij die van de Aarde liggen, staat Mercurius bijna de helft van de tijd dichter bij de Aarde: 46%. Venus en Mars staan gedurende 36 en 18% van de tijd het dichtstbij. Mercurius is zelfs voor alle planeten het langst de meest nabije soortgenoot. Dit is te begrijpen met een gedachte-experiment: In het hypothetische geval dat de planeten in een rechte lijn aan een kant van de zon staan en de aarde aan de andere kant, is Mercurius het dichtstbij doordat hij de kleinste baan om de zon heeft. De zon staat per definitie op 1 astronomische eenheid (AE) van de aarde, voor Venus is dat gemiddeld 0,7 AE en voor Mercurius 0,39 AE.[2][3]
Het baanvlak van Mercurius helt 7° ten opzichte van het baanvlak van de Aarde. Ten opzichte van een loodlijn op het baanvlak heeft de as van Mercurius maar een hoek van 0,027°, de kleinste hoek van alle planeten. Een waarnemer op een van Mercurius' polen zal daardoor nooit de volledige zon zien: het midden van de zon komt nooit meer dan 2,1 boogminuten boven de horizon.
Door de langgerekte baan van Mercurius om de zon varieert de omloopsnelheid enorm. Rondom het perihelium is de snelheid van Mercurius in zijn baan om de zon hoger dan de rotatiesnelheid om de eigen as. Een waarnemer op de planeet kan de zon dan in schijnbare lussen zien bewegen.
Periheliumprecessie
Periheliumprecessie
In de 19de eeuw merkte Urbain Le Verrier al op dat de baan van Mercurius geen ellips was, zoals de wetten van Kepler voorschrijven vanuit de wetten van Newton, maar dat de baan een rozet beschrijft. De ellipsvorm is namelijk in beweging en draait rond de zon; het perihelium ondergaat een precessie van 574 boogseconden per eeuw.
Uitgaande van de wetten van Newton was dit slechts voor 92,5% te verklaren door de zwaartekracht van de andere planeten. Men vermoedde dat de overige 7,5% (43 boogseconden) te wijten zou zijn aan een planetoïdengordel tussen Mercurius en de zon of een onbekende planeet. Men zocht vergeefs naar deze planeet, die al Vulcanus gedoopt was. Uiteindelijk leverde Albert Einstein in 1915 met zijn algemene relativiteitstheorie de verklaring: door de massa van de zon is de ruimtetijd namelijk ‘gekromd’, zodat de straal van een cirkel rondom de zon groter is dan de omtrek gedeeld door 2π. Dit verschijnsel van periheliumverschuiving door de ruimtetijdskromming komt ook bij andere planeten voor, maar in mindere mate; voor de Aarde is het bijvoorbeeld 3,84" per eeuw.
Temperatuur en zonlicht
De dagtemperatuur is minder hoog dan op Venus, maar Mercurius kent enorme temperatuurverschillen: overdag zo'n 700 K (427 °C), 's nachts 100 K (−170 °C). Door de lange rotatietijd krijgt de dagzijde veel tijd om op te warmen en de nachtzijde om af te koelen. Een aswenteling duurt ruim 58 aardse dagen (twee derde van de omlooptijd). In combinatie met de omloop om de zon in 88 dagen duurt één dag op Mercurius ruim 176 aardse dagen. De hoogte van de maximumtemperatuur komt door de relatief korte afstand tot de zon, terwijl het (vrijwel) ontbreken van een atmosfeer de grote verschillen tussen dag en nacht verklaart.[4] Het zonlicht op Mercurius' oppervlak is ongeveer negen keer zo intens als op de Aarde, omdat Mercurius drie keer zo dicht bij de zon staat.
Atmosfeer
De atmosfeer van Mercurius is erg ijl, 10−12 bar, eigenlijk niet meer dan een exosfeer.[4] Deze bestaat voornamelijk uit sporen van zuurstof, natrium en waterstof die snel in de ruimte ontsnappen. De verblijftijd van een natriumatoom in de atmosfeer bedraagt slechts drie uur. Het verlies wordt continu gecompenseerd door de zonnewind die wordt ingevangen in het magnetisch veld en door damp die vrijkomt bij inslaande meteorieten. Door de ijle atmosfeer is de hemel zowel 's nachts als overdag zwart. Doordat Mercurius drie keer zo dicht bij de zon staat als de Aarde, verschijnt de zon er ongeveer 2,5 maal zo groot aan de hemel. De best zichtbare planeet vanaf Mercurius is Venus, met een magnitude van ongeveer −6,6. De Aarde en de maan zijn er ook prominent aanwezig met magnitudes van −5,2 en −1,2.
Kern en magnetosfeer
Mercurius heeft een relatief sterk magnetisch veld, een honderdste van de veldsterkte van het aardmagnetisch veld. Mogelijk wordt dit net als bij de Aarde opgewekt door een dynamo van circulerend vloeibaar kernmateriaal. Waarnemingen met radar wijzen op een ten minste gedeeltelijk vloeibare kern.[5] Omdat theoretische modellen echter aangeven dat de kern van Mercurius niet heet genoeg zou zijn om nikkelijzer te doen smelten, moet de kern voor meer dan 0,1 gewichtsprocent uit zwavel bestaan, zodat door vorming van een eutecticum het smeltpunt wordt verlaagd.[6] Het is ook mogelijk dat het magneetveld gedeeltelijk een overblijfsel is van een vroeger dynamo-effect dat gefossiliseerd is in gestold magnetisch materiaal.
De Amerikaanse MESSENGER-sonde onderzocht de planeet vanaf geringe hoogte tijdens de laatste fase van zijn missie. Metingen aan het magnetisme van rotsen aan het oppervlak wezen uit. dat het magnetisch veld van Mercurius tussen 3,7 en 3,9 miljard jaar geleden is ontstaan.[7]