Mercurius bevat mogelijk veel minder siliciumdioxide dan gedacht

Het oppervlak van Mercurius is mogelijk aanzienlijk armer aan siliciumdioxide dan wetenschappers tot nu toe dachten. Een nieuwe studie komt uit op ongeveer 37 massaprocent SiO₂ in het silicaatrijke oppervlak, tegenover eerdere schattingen van circa 49 tot 60%.140

Als die uitkomst standhoudt, wijst ze op vulkanisch gesteente dat ontstond nadat uitzonderlijk heet materiaal diep in de planeet zeer sterk was gesmolten. Er is wel een belangrijke kanttekening: Mercurius ontstond onder extreem zuurstofarme omstandigheden. Daardoor kan een deel van het silicium in metaalachtige of carbidevormen voorkomen, in plaats van als siliciumdioxide.3342

Zo schatten onderzoekers het silica-gehalte

Geen enkele ruimtesonde is op Mercurius geland om gesteenten rechtstreeks te onderzoeken. Ook zijn er nog geen monsters van de planeet naar de aarde gebracht. Daarom gebruikten de onderzoekers een indirecte infraroodmethode rond de Christiansen-feature: een karakteristiek maximum in de emissiviteit waarvan de positie verandert naargelang de hoeveelheid siliciumdioxide in silicaatmateriaal.130

Eerst maten ze glazen bolletjes in het laboratorium met samenstellingen die relevant zijn voor planetaire oppervlakken. Zo bepaalden ze empirisch de relatie tussen de golflengte van de Christiansen-feature en het SiO₂-gehalte van het glas.

Vervolgens pasten ze die kalibratie toe op infraroodwaarnemingen met hoge resolutie van de maan. Daar konden de resultaten worden vergeleken met monsters van de Apollo-, Luna- en Chang’e-missies. Die vergelijking met bekende maanmonsters bood een test voor de methode voordat de onderzoekers haar gebruikten voor telescopische waarnemingen van Mercurius.1

De uitkomst is dus geen rechtstreekse chemische analyse van Mercurius. Het getal van 37% moet vooral worden gelezen als een benaderde silicaat-equivalentwaarde voor SiO₂ die uit het infraroodsignaal is afgeleid.

Wat 37% kan zeggen over het vulkanisme

Een oppervlak met zo weinig silica zou passen bij een uitzonderlijk heftige vulkanische geschiedenis. Grote delen van Mercurius bestaan uit gladde vlaktes, die algemeen worden beschouwd als het resultaat van grootschalig vulkanisme.3637

Om lava met zo’n laag silica-gehalte te produceren, kan een zeer hoge mate van gedeeltelijke smelting nodig zijn geweest. Dat zou betekenen dat de mantel van Mercurius heter was en dat het smelten dieper doordrong dan in conventionele modellen wordt aangenomen.140

De huidige korst zou daarmee een overblijfsel zijn van een bijzonder intens vroege tijd in de ontwikkeling van de planeet, toen differentiatie en vulkanisme op grote schaal plaatsvonden. De meting legt echter niet één specifieke mant temperatuur, smeltdiepte of geologische route vast. Die interpretatie hangt af van de vraag hoe goed de laboratoriumglazen de chemisch uitzonderlijke samenstelling van Mercurius benaderen.

Mogelijk zit een deel van het silicium niet in SiO₂

Mercurius behoort tot de meest chemisch gereduceerde rotsplaneten die we kennen. Waarnemingen wijzen op veel zwavel en relatief weinig ijzer en zuurstof — kenmerken die passen bij een ontstaansomgeving waarin zuurstof schaars was.334244

Onder zulke omstandigheden hoeft niet al het silicium aan zuurstof gebonden te zijn. Een deel kan voorkomen als metallisch silicium of als siliciumcarbide. Zulke gereduceerde fasen kunnen het infraroodsignaal beïnvloeden op een manier die lijkt op die van een silicaatoppervlak met uitzonderlijk weinig SiO₂.40

Dat verandert de betekenis van het opvallende percentage. De studie bewijst niet dat slechts 37% van al het siliciumhoudende materiaal op Mercurius uit siliciumdioxide bestaat. Het gaat om een lage schatting van het silicaat-SiO₂-gehalte van het oppervlak, onder de aannames die in de kalibratie zijn gebruikt.

BepiColombo kan de schatting toetsen

De gezamenlijke missie van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA en de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA nadert een fase die deze onzekerheid kan helpen oplossen. De Mercury Transfer Module van BepiColombo moet op 3 september 2026 worden afgestoten. De procedure voor het inbrengen in een baan om Mercurius staat gepland voor 21 november 2026; volledige wetenschappelijke operaties moeten in april 2027 beginnen.172426

De MERTIS-spectrometer aan boord is ontworpen om Mercurius in thermische infraroodgolflengten te onderzoeken. Daaronder valt ook het spectrale gebied waarin de Christiansen-feature zichtbaar is.30 In tegenstelling tot eerdere waarnemingen van de planeet als één geheel, moet MERTIS infraroodmetingen kunnen koppelen aan afzonderlijke gebieden en geologische eenheden.

Daarmee kunnen onderzoekers onder meer nagaan:

• Is het lage geschatte SiO₂-gehalte representatief voor vrijwel het hele oppervlak?
• Verschilt het tussen vulkanische vlaktes, sterk bekraterd terrein en andere geologische eenheden?
• Wijzen regionale patronen op uitzonderlijk diepe mantelsmelting?
• Laten de infraroodmetingen, gecombineerd met elementaire en mineralogische gegevens van andere instrumenten, zien dat een deel van het silicium in metaalachtige of carbidefasen zit?

Tot die waarnemingen beschikbaar zijn, is een voorzichtige maar betekenisvolle conclusie het sterkst: het vulkanische oppervlak van Mercurius kan veel minder silica bevatten dan werd aangenomen. Dat kan wijzen op een uitzonderlijk hete, sterk gesmolten mantel, op een nog ongebruikelijkere zuurstofarme chemie — of op een combinatie van beide.