Dati astronomici di base
Il mercurio è un pianeta estremo sotto diversi aspetti. A causa della sua vicinanza al Sole - la sua distanza orbitale media è di 58 milioni di km (36 milioni di miglia) - ha l'anno più breve (un periodo di rivoluzione di 88 giorni) e riceve la radiazione solare più intensa di tutti i pianeti. Con un raggio di circa 2.440 km (1.516 miglia), Mercurio è il pianeta principale più piccolo, più piccolo persino della più grande luna di Giove, Ganimede, o la più grande luna di Saturno, Titano. Inoltre, il mercurio è insolitamente denso. Sebbene la sua densità media sia all'incirca quella della Terra, ha meno massa e quindi è meno compressa dalla sua stessa gravità; se corretta per l'autocompressione, la densità di Mercurio è la più alta di qualsiasi pianeta. Quasi i due terzi della massa di Mercurio è contenuta nel suo nucleo in gran parte di ferro, che si estende dal centro del pianeta ad un raggio di circa 2.100 km (1.300 miglia), o circa l'85 percento della sua superficie. Il guscio esterno roccioso del pianeta - la sua crosta superficiale e il mantello sottostante - ha uno spessore di soli 300 km (200 miglia).
Sfide osservative
Visto dalla superficie terrestre, Mercurio si nasconde nel crepuscolo e nel crepuscolo, non raggiungendo mai più di circa 28 ° in distanza angolare dal Sole. Ci vogliono circa 116 giorni per i successivi allungamenti - cioè, per Mercurio per tornare allo stesso punto rispetto al Sole - nel cielo del mattino o della sera. Questo è chiamato periodo sinodico di Mercurio. La sua vicinanza all'orizzonte significa anche che Mercurio è sempre visto attraverso più dell'atmosfera turbolenta della Terra, che offusca la vista. Anche al di sopra dell'atmosfera, gli osservatori in orbita come il telescopio spaziale Hubble sono limitati dall'elevata sensibilità dei loro strumenti dal puntare il più vicino possibile al Sole come sarebbe necessario per osservare Mercurio. Poiché l'orbita di Mercurio si trova all'interno della Terra, occasionalmente passa direttamente tra la Terra e il Sole. Questo evento, in cui il pianeta può essere osservato telescopicamente o con strumenti di veicoli spaziali come un piccolo punto nero che attraversa il disco solare luminoso, è chiamato transito (vedi eclissi) e si verifica circa una dozzina di volte in un secolo. Il prossimo transito di Mercurio avverrà nel 2019.
Il mercurio presenta anche difficoltà di studio mediante sonda spaziale. Poiché il pianeta si trova in profondità nel campo di gravità del Sole, è necessaria una grande quantità di energia per modellare la traiettoria di un veicolo spaziale per portarlo dall'orbita terrestre a quella di Mercurio in modo tale che possa andare in orbita attorno al pianeta o atterrare esso. Il primo veicolo spaziale che visitò Mercurio, Mariner 10, era in orbita attorno al Sole quando fece tre brevi voli del pianeta nel 1974-75. Nello sviluppo di successive missioni su Mercurio, come la navicella spaziale US Messenger lanciata nel 2004, gli ingegneri dei voli spaziali hanno calcolato rotte complesse, facendo uso di assistenze per gravità (vedi voli spaziali: voli planetari) da voli ripetuti di Venere e Mercurio nel corso di diversi anni. Nel progetto della missione Messenger, dopo aver condotto osservazioni a distanza moderata durante i voli planetari nel 2008 e nel 2009, l'astronave è entrata in un'orbita allungata attorno a Mercurio per indagini di primo piano nel 2011. Inoltre, il caldo estremo, non solo dal Sole ma riproposto anche dallo stesso Mercurio, sfidò i progettisti di veicoli spaziali a mantenere gli strumenti abbastanza freschi da poter funzionare.
Effetti orbitali e rotazionali
L'orbita di mercurio è il più inclinato dei pianeti, inclinandosi di circa 7 ° dall'eclittica, il piano definito dall'orbita della Terra attorno al Sole; è anche l'orbita planetaria più eccentrica o allungata. Come risultato dell'orbita allungata, il Sole appare più del doppio luminoso nel cielo di Mercurio quando il pianeta è più vicino al Sole (al perielio), a 46 milioni di km (29 milioni di miglia), rispetto a quando è più lontano dal Sole (ad afelio), a quasi 70 milioni di km (43 milioni di miglia). Il periodo di rotazione del pianeta di 58,6 giorni terrestri rispetto alle stelle - cioè la lunghezza del suo giorno siderale - fa sì che il Sole si muova lentamente verso ovest nel cielo di Mercurio. Poiché anche Mercurio sta orbitando attorno al Sole, i suoi periodi di rotazione e rivoluzione si combinano in modo tale che il Sole impiega tre giorni siderali mercuriani, o 176 giorni terrestri, per realizzare un circuito completo - la lunghezza del suo giorno solare.
Come descritto dalle leggi del moto planetario di Keplero, Mercurio viaggia attorno al Sole così rapidamente vicino al perielio che il Sole sembra invertire la rotta nel cielo di Mercurio, spostandosi brevemente verso est prima di riprendere il suo avanzamento occidentale. Le due posizioni sull'equatore di Mercurio in cui questa oscillazione ha luogo a mezzogiorno sono chiamate poli caldi. Poiché il sole sopraelevato indugia lì, riscaldandoli preferibilmente, le temperature superficiali possono superare i 700 kelvin (K; 800 ° F, 430 ° C). Le due posizioni equatoriali a 90 ° rispetto ai poli caldi, chiamati poli caldi, non diventano mai così caldi. Dal punto di vista dei poli caldi, il Sole è già basso all'orizzonte e sta per tramontare quando cresce il più luminoso ed esegue la sua breve inversione di rotta. Vicino ai poli di rotazione nord e sud di Mercurio, le temperature del terreno sono ancora più fredde, al di sotto di 200 K (−100 ° F, −70 ° C), quando illuminate dalla radente luce solare. Le temperature superficiali scendono a circa 90 K (-300 ° F, -180 ° C) durante le lunghe notti di Mercurio prima dell'alba.
L'intervallo di temperatura di Mercurio è il più estremo dei quattro pianeti interni, terrestri del sistema solare, ma il lato notte del pianeta sarebbe ancora più freddo se Mercurio avesse tenuto perpetuamente una faccia verso il Sole e l'altra nell'oscurità perpetua. Fino a quando le osservazioni radar basate sulla Terra non hanno dimostrato il contrario negli anni '60, gli astronomi avevano a lungo creduto che fosse il caso, che sarebbe seguito se la rotazione di Mercurio fosse sincrona, cioè se il suo periodo di rotazione fosse lo stesso del suo periodo di rivoluzione di 88 giorni. Gli osservatori telescopici, limitati a vedere Mercurio periodicamente in condizioni dettate dalla distanza angolare di Mercurio dal Sole, erano stati indotti a concludere che il vedere le stesse caratteristiche appena distinguibili sulla superficie di Mercurio in ogni occasione di osservazione indicava una rotazione sincrona. Gli studi radar hanno rivelato che il periodo di rotazione di 58,6 giorni del pianeta non è solo diverso dal suo periodo orbitale, ma anche esattamente due terzi di esso.
L'eccentricità orbitale di mercurio e le forti maree solari - deformazioni sollevate nel corpo del pianeta dall'attrazione gravitazionale del Sole - apparentemente spiegano perché il pianeta ruota tre volte per ogni due volte che orbita attorno al Sole. Probabilmente Mercurio si era mosso più velocemente quando si stava formando, ma era rallentato dalle forze di marea. Invece di rallentare fino a uno stato di rotazione sincrona, come è successo a molti satelliti planetari, inclusa la Luna della Terra, Mercurio è rimasto intrappolato alla velocità di rotazione di 58,6 giorni. Di questo passo il Sole tira ripetutamente e soprattutto fortemente sui rigonfiamenti indotti in modo ordinato nella crosta di Mercurio ai poli caldi. Le possibilità di intrappolare la rotazione nel periodo di 58.6 giorni sono state notevolmente aumentate dall'attrito di marea tra il mantello solido e il nucleo fuso del giovane pianeta.
